Інтенсифікація використання шахтних порід у закладних сумішах: екологічні та технологічні наслідки

Мета. Підвищення обсягу утилізації шахтних порід у закладних сумішах на основі вдосконалення їх властивостей та компонентного складу з оцінкою технологічних та екологічних наслідків. Методика. Складено експериментальну програму комплексу лабораторних досліджень властивостей закладних сумішей традиц...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2020
1. Verfasser:	Петльований, М.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Інститут фізики гірничих процесів НАН України 2020
Schriftenreihe:	Физико-технические проблемы горного производства
Schlagworte:	Физика горных процессов на больших глубинах
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/166521
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Інтенсифікація використання шахтних порід у закладних сумішах: екологічні та технологічні наслідки / М.В. Петльований // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. научн. тр. — 2020. — Вип. 22. — С. 103-117. — Бібліогр.: 23 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-166521
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1665212020-02-26T01:25:56Z Інтенсифікація використання шахтних порід у закладних сумішах: екологічні та технологічні наслідки Петльований, М.В. Физика горных процессов на больших глубинах Мета. Підвищення обсягу утилізації шахтних порід у закладних сумішах на основі вдосконалення їх властивостей та компонентного складу з оцінкою технологічних та екологічних наслідків. Методика. Складено експериментальну програму комплексу лабораторних досліджень властивостей закладних сумішей традиційного складу та з підвищеним вмістом шахтних пустих порід під впливом тонкодисперсного в’яжучого матеріалу. Виконано детальний аналіз паспорту породного відвалу та оцінки його впливу на довкілля в умовах одного з провідних гірничих підприємств з підземного видобутку залізних руд. Результати. Приготовлено та визначено властивості закладних сумішей з вмістом шахтних пустих порід 25-50% у комбінованому інертному заповнювачі. Визначено раціональний інтервал додавання шахтних порід в інертний заповнювач. Встановлено взаємозв’язок між часом розбору породного відвалу від кількості породи в інертному заповнювачі закладної суміші. Наукова новизна. Встановлено ступеневу залежність зміни міцності закладного масиву від обсягу шахтних пустих порід у складі комбінованого інертного заповнювача закладної суміші. Практична значимість. Розроблені склади закладних сумішей з підвищеним вмістом шахтних пустих порід. Цель. Повышение объема утилизации шахтных пород в закладочных смесях на основе совершенствования их свойств и компонентного состава с оценкой технологических и экологических последствий. Методика. Составлена экспериментальная программа проведения комплекса лабораторных исследований свойств закладочных смесей традиционного состава и с повышенным содержанием шахтных пустых при влиянии тонкодисперсного вяжущего материала. Выполнен детальный анализ паспорта породного отвала и оценки его влияния на окружающую среду в условиях одного из ведущих горных предприятий по подземной добыче железных руд. Результаты. Приготовлены и определены свойства закладочных смесей с содержанием шахтных пустых пород в комбинированном инертном заполнителе 25-50%. Определены рациональный интервал добавления шахтных пород в инертный наполнитель. Установлена взаимосвязь между временем разбора породного отвала от количества породы в инертном заполнителе закладочной смеси. Научная новизна. Установлена степенная зависимость изменения прочности закладочного массива от объема шахтных пустых пород в составе комбинированного инертного заполнителя закладочной смеси. Практическая значимость. Разработаны составы закладочных смесей с повышенным содержанием шахтных пустых пород. Purpose. Increase of amount of mine rocks utilization in backfill mixtures on the basis of improvement of their properties and component composition with assessment of technological and environmental consequences. Methods. An experimental program a complex of laboratory studies of the properties of the backfill mixes of the traditional composition and with the high content of mine rocks under the influence of fine binder is developed. A detailed analysis of the waste heap passport and an assessment of its impact on the environment in the conditions of one of the leading mining enterprises for underground mining of iron ores is given. Findings. Properties of backfill mixtures with the content of mine rocks in the combined inert filler of 25-50% have been prepared and determined. The rational interval for the addition of mine rocks to the inert filler is determined. There is a correlation between the time of dismantling of the waste heap from the amount of rock in the inert filler of backfill mixture. Originality. The power dependence of the change of the strength of the backfill massif on the volume of mine empty rocks in the composition of the combined inert filler of the backfill mixture is established. Practical implications. Compositions of backfill mixtures with high content of mine empty rocks have been developed. 2020 Article Інтенсифікація використання шахтних порід у закладних сумішах: екологічні та технологічні наслідки / М.В. Петльований // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. научн. тр. — 2020. — Вип. 22. — С. 103-117. — Бібліогр.: 23 назв. — укр. 2664-17716 DOI: https://doi.org/10.37101/ftpgp22.01.008 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/166521 622.273.217.4 uk Физико-технические проблемы горного производства Інститут фізики гірничих процесів НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Физика горных процессов на больших глубинах Физика горных процессов на больших глубинах
spellingShingle	Физика горных процессов на больших глубинах Физика горных процессов на больших глубинах Петльований, М.В. Інтенсифікація використання шахтних порід у закладних сумішах: екологічні та технологічні наслідки Физико-технические проблемы горного производства
description	Мета. Підвищення обсягу утилізації шахтних порід у закладних сумішах на основі вдосконалення їх властивостей та компонентного складу з оцінкою технологічних та екологічних наслідків. Методика. Складено експериментальну програму комплексу лабораторних досліджень властивостей закладних сумішей традиційного складу та з підвищеним вмістом шахтних пустих порід під впливом тонкодисперсного в’яжучого матеріалу. Виконано детальний аналіз паспорту породного відвалу та оцінки його впливу на довкілля в умовах одного з провідних гірничих підприємств з підземного видобутку залізних руд. Результати. Приготовлено та визначено властивості закладних сумішей з вмістом шахтних пустих порід 25-50% у комбінованому інертному заповнювачі. Визначено раціональний інтервал додавання шахтних порід в інертний заповнювач. Встановлено взаємозв’язок між часом розбору породного відвалу від кількості породи в інертному заповнювачі закладної суміші. Наукова новизна. Встановлено ступеневу залежність зміни міцності закладного масиву від обсягу шахтних пустих порід у складі комбінованого інертного заповнювача закладної суміші. Практична значимість. Розроблені склади закладних сумішей з підвищеним вмістом шахтних пустих порід.
format	Article
author	Петльований, М.В.
author_facet	Петльований, М.В.
author_sort	Петльований, М.В.
title	Інтенсифікація використання шахтних порід у закладних сумішах: екологічні та технологічні наслідки
title_short	Інтенсифікація використання шахтних порід у закладних сумішах: екологічні та технологічні наслідки
title_full	Інтенсифікація використання шахтних порід у закладних сумішах: екологічні та технологічні наслідки
title_fullStr	Інтенсифікація використання шахтних порід у закладних сумішах: екологічні та технологічні наслідки
title_full_unstemmed	Інтенсифікація використання шахтних порід у закладних сумішах: екологічні та технологічні наслідки
title_sort	інтенсифікація використання шахтних порід у закладних сумішах: екологічні та технологічні наслідки
publisher	Інститут фізики гірничих процесів НАН України
publishDate	2020
topic_facet	Физика горных процессов на больших глубинах
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/166521
citation_txt	Інтенсифікація використання шахтних порід у закладних сумішах: екологічні та технологічні наслідки / М.В. Петльований // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. научн. тр. — 2020. — Вип. 22. — С. 103-117. — Бібліогр.: 23 назв. — укр.
series	Физико-технические проблемы горного производства
work_keys_str_mv	AT petlʹovanijmv íntensifíkacíâvikoristannâšahtnihporíduzakladnihsumíšahekologíčnítatehnologíčnínaslídki
first_indexed	2025-07-14T22:02:28Z
last_indexed	2025-07-14T22:02:28Z
_version_	1837661473563738112
fulltext	Физико-технические проблемы горного производства 2020, вып. 22 103 УДК 622.273.217.4 https://doi.org/10.37101/ftpgp22.01.008 ІНТЕНСИФІКАЦІЯ ВИКОРИСТАННЯ ШАХТНИХ ПОРІД У ЗАКЛАДНИХ СУМІШАХ: ЕКОЛОГІЧНІ ТА ТЕХНОЛОГІЧНІ НАСЛІДКИ М.В. Петльований 1* 1 Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», м. Дніпро, Україна * Відповідальний автор: e-mail: petlyovany@ukr.net INTENSIFICATION OF THE USE OF MINE ROCKS IN BACKFILL MIXTURES: ENVIRONMENTAL AND TECHNOLOGICAL IMPLICATIONS M.V. Petlovanyi 1* 1 Dnipro University of Technology, Dnipro, Ukraine * Corresponding author: e-mail: petlyovany@ukr.net ABSTRACT Purpose. Increase of amount of mine rocks utilization in backfill mixtures on the basis of improvement of their properties and component composition with as- sessment of technological and environmental consequences. Methods. An experimental program a complex of laboratory studies of the prop- erties of the backfill mixes of the traditional composition and with the high con- tent of mine rocks under the influence of fine binder is developed. A detailed analysis of the waste heap passport and an assessment of its impact on the envi- ronment in the conditions of one of the leading mining enterprises for under- ground mining of iron ores is given. Findings. Properties of backfill mixtures with the content of mine rocks in the combined inert filler of 25-50% have been prepared and determined. The rational interval for the addition of mine rocks to the inert filler is determined. There is a correlation between the time of dismantling of the waste heap from the amount of rock in the inert filler of backfill mixture. Originality. The power dependence of the change of the strength of the backfill massif on the volume of mine empty rocks in the composition of the combined inert filler of the backfill mixture is established. Practical implications. Compositions of backfill mixtures with high content of mine empty rocks have been developed. Keywords: mine rock, backfill mixture, grinding, binder and inert material, natural environment https://doi.org/10.37101/ftpgp22.01.008 mailto:petlyovany@ukr.net mailto:petlyovany@ukr.net Физико-технические проблемы горного производства 2020, вып. 22 104 1. ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМИ В більшості країн світу, що розвиваються, в яких превалює індустріаль- ний тип економіки, інтенсивне функціонування промислового сектору су- проводжується високим показником відходоутворення. Це обумовлено перш рядом причин: застосуванням низькотехнологічного обладнання та механіз- мів, фізичною та моральною зношеністю обладнання з часом, недосконаліс- тю законодавчої бази в сфері державного регулювання поводження з відхо- дами та принципів формування ринків з використання відходів у різних га- лузях економіки. Значні обсяги відходоутворення при одночасному низькому рівні їх ути- лізації та рециклінгу призводить до негативних наслідків, що проявляються у екологічній, економічній та соціальних сферах, а саме забруднення компо- нент природного середовища (ґрунтів, підземних та поверхневих вод), від- чуження значних площ цінних земель, плата підприємств за розміщення від- ходів, створення депресивних техногенних ландшафтів у гірничодобувних регіонах та ряд інших [1–4, 23]. Україна теж відноситься до країн з високим рівнем відходоутворення. За статистичними даними 2018 р. утворено 346,7 млн. т відходів I-IV класів не- безпеки, або близько 11 т на 1 мешканця. Найбільший внесок у загальне від- ходоутворення країни привносить гірничодобувна галузь з показником 301 млн. т, або 86,9% (рис. 1) [5, 6]. Рисунок 1. Розподіл кількості утворених відходів у 2018 р. за економічним видом діяльності (тис. т) Аналіз рис. 1 вказує, що єдиний шлях суттєвого зменшення рівня утво- рення відходів є розробка заходів з максимальної утилізації відходів саме гірничодобувної промисловості. 5 968,10 301 448,90 31 523,20 6 322,70 1 527,60 Сільське, лісове та рибне господарство Добувна промисловість і розроблення кар'єрів Переробна промисловість Постачання електроенергії, газу, пари та кондиційованого повітря Інша діяльність Физико-технические проблемы горного производства 2020, вып. 22 105 Згідно детальної статистичної інформації з утворення відходів гірничодо- бувної промисловості найбільший обсяг відходів приходиться на видобуток металевих руд, а саме залізних руд. Це пов’язано зі складуванням на повер- хні розкривних, пустих кар’єрних і шахтних порід в процесі видобутку; хво- стів і шламів збагачення у відвалах та сховищах – в процесі технологічного циклу збагачення. Відходи видобутку та переробки залізних руд мають бі- льшу щільність у 1,5–2 рази ніж наприклад видобутку кам’яного вугілля чи іншої корисної копалини, тому загальний тоннаж утворення значно більший. Сьогоднішній рівень утилізації відходів гірництва складає на рівні 25– 30% і полягає в засипці деформованих земних поверхонь, порушених гірни- чими роботами, балки, яри або часткове використання в цивільному чи до- рожньому будівництві. Існуючих обсягів утилізації недостатньо, адже зага- льна кількість утворюваних відходів гірництва значно більше обсягу утилі- зації, тому прогнозується їх постійне накопичення та складування на денній поверхні. Якщо при відкритій розробці частину розкривних та пустих кар’єрних порід здебільшого можливо утилізувати в рекультиваційних роботах після відпрацювання запасів, то при підземній є можливість утилізувати промис- лові відходи гірництва у підземному виробленому просторі протягом екс- плуатації родовища. В разі залягання в надрах цінних запасів руд викорис- товують прогресивні системи розробки із закладанням виробленого просто- ру, що дозволяє зберегти від деформацій денну поверхню, знизити напру- ження у гірському масиві, створити безпечність гірничих робіт під час видо- бутку й утилізувати промислові відходи у підземний простір [7–10]. У зв’язку з тим, що закладні роботи значно підвищують собівартість ви- добутку постійно проводяться дослідження з вдосконалення компонентного складу закладних сумішей на основі промислових відходів місцевих сиро- винних баз, де функціонує гірниче підприємство. Для здешевлення заклад- них робіт, у складі закладних сумішей використовують шахтні відвальні пу- сті породи від проведення гірничих виробок як частину комбінованого інер- тного наповнювача [11–14], але на практиці їх частка не перевищує рівні 20- 30%. В разі збільшення частки утилізації порід у складі закладної суміші пі- двищується також рівень їх утилізації. В Україні прогресивні системи розробки із закладанням твердіючими су- мішами використовують тільки 2 підземні рудники – ПрАТ «ЗЗРК» (розроб- ка залізних руд) та ДП «СхідГЗК» (розробка уранових руд). Ці підприємства використовують у складі закладних сумішей пусті шахтні породи, але для загальної проблеми утилізації накопичених порід гірничорудної галузі це недостатньо. У Кривбасі функціонує 8 залізорудних шахт, але їх технологія видобутку не передбачає закладання виробленого простору, хоча мінераль- но-сировинна база потенційних закладних матеріалів є вагомою [15–17]. Таким чином, науково-технічні обґрунтування та пошуки шляхів інтен- сифікації використання в якості закладного матеріалу шахтних пустих порід, які складовані у поверхневих породних відвалах, як для умов шахт, що пра- цюють із закладанням, так і тих, де закладання може бути впроваджено в перспективі є актуальним питанням. Інтенсифікації використання шахтних пустих порід дозволить в підсумку зменшити їх негативний вплив на до- Физико-технические проблемы горного производства 2020, вып. 22 106 вкілля, в деяких випадках може призвести до поступової ліквідації відвалу й зменшення плати екологічного податку за розміщення відходів. 2. МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ Дослідження проводились для умов ПрАТ «Запорізький залізорудний комбінат», який розробляє запаси залізних руд Південно-Білозірського ро- довища прогресивною камерною системою розробки із твердіючим закла- денням. В якості частини інертного заповнювача використовується 20–30% подрібнених відвальних порід. Для підвищення частки порід у закладній суміші й недопущення знижен- ня нормативної міцності закладного масиву було розроблено експеримента- льну лабораторну програму з тестування закладної суміші на основі механо- активованого в’яжучого матеріалу (доменного шлаку) шляхом подрібнення його часток у кульовому млині більше значення існуючого в технології за- кладних робіт (55% часток класу -0,074 мм). Вплив механоактивації в’яжучих матеріалів на властивості закладних сумішей та її ефективність достатньо вивчено в практиці закладних робіт [18–21]. В дослідженні прийнято склад закладної суміші, що рекомендовано ДП НДГРІ (2001 р.) для ПрАТ «ЗЗРК»: в’яжучий матеріал – доменний гранульо- ваний шлак доменний гранульований шлак – 18%, відходи флюсового виро- бництва – 47%, подрібнена відвальна порода – 17% , вода – 18%. Тонкість помелу шлаку для експерименту була прийнята відповідно до ГОСТ 6613 і при просіюванні крізь сито № 008 повинно проходити не менше 85% маси проби. Доменний гранульований шлак для експерименту подрібнювався в лабораторному кульовому млині. Завантаження млина становить 1 кг. Після просіювання готової маси через сито № 008 пройшло 92% часток. Процес подрібнення шлаку в кульових млинах до необхідної тонкості характеризу- ється зменшення продуктивності та зростанням енерговитрат. З метою еко- номічної доцільності склади закладних сумішей проектувалися з меншими на 25% витратами в'яжучого матеріалу (300 кг/м 3 ), при цьому зменшена час- тина пропорційно замінювалась породою та флюсом. Активність доменного шлаку доведеного до тонкості подрібнення 92% частинок розміром 0,074 мм перевіряли за допомогою приготування на його основі закладних сумішей. Для цього в лабораторії закладного комплексу приготовлено 4 експериментальні суміші з вмістом гірської породи в інерт- ному заповнювачі відповідно 25, 30, 40, 50%. Ситовим методом був визна- чений гранулометричний склад. За стандартними методиками згідно [18, 22] визначені рухливість суміші, максимальне напруження зсуву суміші і міц- ність на одноосьовий стиск у віці 90 днів. Виконано також аналіз паспорту породного відвалу та оцінки його впливу на довкілля, де увагу приділено до пилового забруднення. Аналітично ви- значався баланс надходжень та утилізації пустих відвальних порід в заклад- ній суміші залежно від їх вмісту й оцінено можливі обсяги зменшення або ліквідація накопичень пустих порід. Физико-технические проблемы горного производства 2020, вып. 22 107 3. РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ Технологією видобутку залізних руд прийнята камерна система розробки рудного покладу із застосування закладання виробленого простору твердію- чими сумішами. Щорічним видобуток складає 4,5 млн. т залізних руд, а об- сяг приготування закладної суміші – 1,0 млн. м 3 . Як і на всіх підземних руд- никах в результаті виконання гірничопрохідницьких робіт на денній поверх- ні накопичено породний відвал пустих порід (рис. 2). Рисунок 2. Розташування відвалу пустих порід в межах гірничого відводу Породний відвал передбачений для складування гірської маси, одержува- ної при проходці гірських виробок по породах лежачого і висячого боку ру- дного покладу. Відвал розташований в гірничому відводі комбінату над центральною частиною рудного тіла, у кінцевих своїх кордонах має прямо- кутну форму. Під відвалом залишено культурний шар (чорнозем). Нижче розташовані наноси у вигляді суглинків з наявністю ґрунтових вод в 5–8 м від поверхні. Шахтні породи, що видаються з шахти, не є токсичними, тому не роблять шкідливого впливу на підстилаючі ґрунти і водоносний горизонт. Середньорічна кількість породи, що надходить на відвал, становить близько 500 тис. т. На початковому етапі будівництва і експлуатації комбінату з від- валу використовувалося до 100 тис. т гірських порід на відсипання основ автомобільних і залізних доріг. На сьогоднішній день цей показник значно менший. Прийнятий плоский одноярусний бульдозерний відвал з доставкою породи автотранспортом. Частина породи для дробильно-закладного ком- плексу перевозиться рейковим транспортом. На рис. 3 наведені натурні фо- тографії породного відвалу і щічної дробарки – основних джерел забруднен- ня пилом, а параметри відвалу – у табл. 1. Физико-технические проблемы горного производства 2020, вып. 22 108 Рисунок 3. Породний відвал і комплекс дроблення порід для закладної суміші Таблиця 1. Параметри породного відвалу Параметр Од. Площа, га 14,8 Довжина, м 550 Ширина, м 275 Висота, м 20 Обсяг складованих порід, млн. т 4,8 Надходження порід у відвал, млн. т/рік 0,55 Рівень використання порід у закладці, млн. т/рік Залежить від складу закладної суміші Запилювання відвалу призводить до забруднення компонентів навколиш- нього природного середовища, за які комбінат компенсує завдану екологіч- ну шкоду. Концентрація пилу в викидах по відвалу: при розвантаженні – 5,73 г/с, при зберіганні – 21,84 г/с, а загальний об’єм викидів – 345 т/год. У технологічному процесі видобутку залізної руди відвальна гірська по- рода використовується як частина інертного заповнювача при виробництві закладних робіт. У 2001 році працівниками комбінату спільно з співробітни- ками НДГРІ (м. Кривий Ріг) було запропоновано в якості 25–30% від кілько- Физико-технические проблемы горного производства 2020, вып. 22 109 сті інертного наповнювача використовувати шахтні пусті породи, накопиче- ні у відвалі від проходки гірничих виробок, попередньо подрібнені до пев- ного гранулометричного складу. Тим самим в перспективі очікувалося зни- ження обсягів відвалу, а, отже, і маси пилових викидів з його поверхні. Піс- ля цих змін компонентний склад закладної суміші має наступний вигляд: в'яжучий матеріал – доменний гранульований шлак, інертний заповнювач - флюсовий доломіт, відвальна гірська порода і вода. Інертний наповнювач в результаті додавання порід став комбінованим. В лабораторних умовах розроблено склади з підвищеним вмістом порід та визначено їх властивості. Шахтні породи подрібнювались до крупності - 20 мм. Ситовим аналізом визначено їх гранулометричний склад: +20 мм - 3,2%, -20…+10 мм – 44,1%, -10…+5,0 мм – 27,3%, -5,0…+2,5 мм – 9,5%, - 2,5…+1,25 мм – 2,9%, -1,25 мм – 13,3%. Визначено параметри закладних су- мішей зі збільшеним витратою гірничих порід: рухливості – знаходяться в межах 11–11,5 см і гранично-напруженого зсуву – 9–14 кгс/м 2 . Ці параметри задовольняють умовам трубопровідного транспорту закладної суміші. Після 90 днів зберігання склади були випробувані на міцність. Склади і результати випробування закладки на міцність наведені в табл. 2 Таблиця 2. Експериментальні склади закладки, що твердіє зі збільшеним вмістом гірської породи Номер складу Витрати компонентів на 1 м 3 закладки, % Міцність за- кладки, МПа 90 днів В’яжуче Інертний наповнювач вода шлак флюсовий доломіт порода №1 15 48 17 (25% від інертного наповнювача) 20 8,9 №2 15 45 20 (30% від інертного наповнювача) 20 8,65 №3 15 39 26 (40% від інертного наповнювача) 20 7,7 №4 15 32,5 32,5 (50% від інертного наповнювача) 20 7,1 Наявність певної кількості шахтних крупнокускових порід у складі закла- дної суміші позитивно впливає на міцнісну характерику закладного масиву, підвищуючі її на 10–25%. Але надто значна їх кількість у складі закладної суміші може призвести до падіння міцності, адже кристалічні продукти гід- ратації не в змозі пов’язати тільки крупні куски заповнювача, тому необхід- на наявність достатньої кількості інертного наповнювача фракції 0-10 мм. Шляхом варіюванні вмісту породи за данмим міцності закладки встановлю- ється раціональний діапазон. Физико-технические проблемы горного производства 2020, вып. 22 110 Узагальнення результатів табл. 2 дозволило встановити ступеневу за- лежність зміни міцності закладного масиву від обсягу шахтних пустих порід у складі комбінованого інертного заповнювача закладної суміші (рис. 4). Рисунок 4. Залежність зміни міцності закладного масиву від вмісту порід під впливом тонкодисперсного в’яжучого матеріалу Графік на рис. 4 показує, що зі збільшенням частки гірської породи в інертному заповнювачі закладної суміші з 25 до 50% міцність закладки знижується. На наш погляд найбільш раціональний інтервал додавання відвальної гірської породи в інертний заповнювач становить 40...50%, при якому міцність не перевищує значення нормативної міцності. При більшій частці породи міцність закладного масиву може знизиться. Для цього в лабораторних умовах необхідно приготування ряду складів з вмістом порід понад 50% та за результатами показників міцності встановити раціональний вміст породи. Для досягення дисперсності доменого гранульованого шлаку на рівні 92% – 0,08 мм існує декілька шляхів. По-перше, в складі закладної суміші пропонується зменшити на 25% витрати доменого шлаку, тому можна підвищити тонину помелу у кульових млинах МШЦ 36х55, що використовуються у закладному комплексі та дещо знизити продуктивність кінцевого продукту на виході з млина, адже при зменшенні втитрат шлаку (кг/м 3 ) подрібненню підлягає менший обсяг шлаків. Потрібно провести додаткові дослідження, але цілком може бути оправдане економічно підвищення дисперсності шлаку й відповідно енерговитрат на подрібненняпри зменшенні його витрат на 25% в складі закладної суміші. По-друге, можна розглянути варіанти заміні подрбнюючого агрегату на нові зразки млинів [18], що характеризуються енергоефективністю при подрібненні та які із задовільним часом окупляться. Якщо річний обсяг порід відвалу, який використовується для закладних робіт, перевищує річний обсяг порід, що надходять з прохідницьких вибоїв Физико-технические проблемы горного производства 2020, вып. 22 111 у відвал, то ця різниця є фактором зменшення обсягу відвалу з плином часу. Щорічно близько 2,5% від надходження порід на відвал використовується на відсипання підстави автомобільних і залізних доріг та інших цілей. Кількість відвальних порід у відвалі становить близько 4,8 млн. т станом на 2018 р. За рахунок збільшення частки порід в закладної суміші може скоротиться час розбору відвалу і знизиться його пиловий вплив на довкілля. Збільшення ча- стки відвальної гірської породи в складі закладної суміші можливо за раху- нок більш тонкого подрібнення доменного гранульованого шлаку для під- вищення його в'яжучих властивостей або ж при введенні в закладну суміш спеціальних добавок, що підвищують міцність монолітного масиву. При певних темпах утилізації породи час розбору відвалу можна визна- чити обчислити за наступною формулою: )'( qq Qo Tp   , років де Тр – час розбору відвалу, років; Qo – кількість порід у відвалі, тис. т.; ∆q – різниця між кількістю порід, що використовуються для закладки і надходять від проходки на відвал, тис. т/рік; q’ – кількість гірських порід, що викорис- товуються в інших цілях, тис. т/рік. За вищевказаною формулою можливо обчислити час розбору відвалу зі збільшенням частки породи в закладці. Якщо збільшити вміст породи в закладній суміші, то відповідно збільшиться обсяг утилізованих порід відвалу та скорочується їх надходження на відвал, що призводить до його поступової ліквідації. Взаємозв’язок зміни надходження порід у відвал від кількості породи в інертному заповнювачі представлена на рис. 5. Рисунок 5. Баланс надходжень та утилізації в закладці пустих відвальних порід Аналізуючи графік рис. 5 можна поспостерігати, що при вмісті в інертно- му заповнювачі закладки 35% шахтних відвальних порід буде спостерігати- ся перевищення надходження порід над їх утилізацією в закладку, відповід- Физико-технические проблемы горного производства 2020, вып. 22 112 но відвал з часом не буде скорочуватися. При вмісті порід в інертному запо- внювачі більше 40% надходження порід будуть меншими, ніж їх викорис- тання в закладній суміші, ця різниця дозволить поступово зменшувати нако- пичення порід і з часом ліквідувати відвал. Так, при рекомендованому рівні утилізації порід в заповнювачі 50% час розбору відвалу складе 32 роки. Як- що врахувати, що термін служби комбінату складе ще близько 30 років, то до закриття рудника буде повністю розібраний породний відвал. Якщо удо- сконалити склад закладної суміші і довести вміст порід до 60% – час розбо- ру складе 16,5 років. При використанні 50% порід в інертному заповнювачі закладної суміші кількість пилу, утвореного при відвальних роботах в рік скоротиться на 70% (до 100 т/рік), так як найбільше запилювання спостерігається при зберіганні порід у відвалі. При цьому буде економія коштів підприємства за утворення та розміщення відходів (з 1 т малонебезпечних нетоксичні відходів гірничо- добувної промисловості плата 0,5 грн), тобто при утворенні відходів 0,5 млн. т/рік, економія може скласти 0,25 млн. грн. Крім цього після відп- рацювання запасів залізних руд протягом 30 років відвал буде ліквідовано та 15 га повернуться у сільськогосподарське користування, також зникає необ- хідність виконання рекультивації породного відвалу. У разі розбору породного відвалу раніше терміну закриття підприємства то обсяг порід, що надходять з прохідницьких вибоїв, буде відразу ж вико- ристовуватися у складі закладної суміші без їх складування на поверхні. 4. ВИСНОВКИ Додавання породи в закладну суміш стало прогресивним кроком в техно- логічному, економічному і природоохоронному аспекті видобутку залізних руд. У цій статті розглянуто можливі шляхи підвищення частки гірських по- рід за рахунок спеціальної підготовки одного з компонентів, твердіючого закладення та аналітично визначено баланс надходжень та утилізації в за- кладці пустих відвальних порід в залежності від вмісту шахтних порід у складі інертного заповнювача закладної суміші. Встановлено, що при рекомендованому рівні утилізації порід в заповню- вачі 50% час розбору відвалу складе 32 роки, а враховуючи термін служби рудника близько 30 років, то до його закриття буде повністю розібраний по- родний відвал. Якщо вміст породи довести до 60% – час розбору складе 16,5 років. При використанні 50% порід в інертному заповнювачі закладної су- міші кількість утвореного пилу при їх зберіганні у відвалі скоротиться на 50%, а 15 га повернуться у сільськогосподарське користування, також зни- кає необхідність виконання рекультивації породного відвалу. СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ 1. Pavlychenko A., Buchavyy Y., Fedotov V., Rudchenko A. (2017). Development of methodological approaches to environmental evaluation of the influence of manmade massifs on the environmental objects. Technology Audit and Production Reserves, vol. 4, no. 3(36), pp. 22–26. https://doi:10.15587/2312-8372.2017.109243 https://doi:10.15587/2312-8372.2017.109243 Физико-технические проблемы горного производства 2020, вып. 22 113 2. Гріньов, В.Г., Хорольський, A.O., & Каліущенко, O.П. (2019). Розроблення екологічних сценаріїв ефективного освоєння цінних родовищ корисних копалин. Мінеральні ресурси України, (2), 46–50. https://doi.org/10.31996/mru.2019.2.46-5 3. Popovych, V., Kuzmenko, O., Voloshchyshyn, A., & Petlovanyi, M. (2018). Influence of man-made edaphotopes of the spoil heap on biota. E3S Web of Conferences, 60, 00010. https://doi:10.1051/e3sconf/20186000010 4. Pinder, V. F., & Popovych, V. V. (2017). Reclamation of mine rock dumps of liquidates mines in lviv-volyn coal basin. Scientific Bulletin of UNFU, 27(3), 113–116. https://doi:10.15421/40270325 5. Статистичний збірник «Довкілля України» за 2018 р. (2019). Державна служба статистики України, Київ, 214 с. 6. Petlovanyi, M., Kuzmenko, O., Lozynskyi, V., Popovych, V., Sai, K. (2019). Review of man-made mineral formations accumulation and prospects of their developing in mining industrial regions in Ukraine. Mining of Mineral Deposits, 13(1), 24–38. https://doi:10.33271/mining13.01.024 7. Chistyakov, E., Ruskih, V., & Zubko, S. (2012). Investigation of the Geomechani- cal Processes whil Mining Thick Ore Deposits by Room Systems with Backfill of Worked-Out Area. Geomechanical Processes During Underground Mining – Proceedings of the School of Underground Mining, 127–132. https://doi.org/10.1201/b13157-23 8. Khomenko, O., Kononenko, M., & Petlovanyi, M. (2015). Analytical modeling of the backfill massif deformations around the chamber with mining depth increase. New Developments in Mining Engineering, 265–269. https://doi.org/10.1201/b19901-47 9. Кузьменко, О.М., & Петльований, М.В. (2017). Стійкість штучного масиву при підземній розробці потужного рудного покладу на великій глибині. Збірник наукових праць Національного гірничого університету, (50), 56–62. 10. Khorolskyi, A., Hrinov, V., & Kaliushenko, O. (2019). Network models for searching for optimal economic and environmental strategies for field development. Pro- cedia Environmental Science, Engineering and Management, 6(3), 463-471. 11. Wu, J., Feng, M., Mao, X., Xu, J., Zhang, W., Ni, X., & Han, G. (2018). Particle size distribution of aggregate effects on mechanical and structural properties of cemented rockfill: Experiments and modeling. Construction and Building Materials, 193, 295–311. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.10.208 12. Lingga, B. A., & Apel, D. B. (2018). Shear properties of cemented rockfills. Jour- nal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 10(4), 635–644. https://doi.org/10.1016/j.jrmge.2018.03.005 13. Мельник, П.Е. & Хрисанов В.В. (2010). Использование шахтных пород и от- ходов углеобогащения в качестве закладочного материала при подземной угледо- быче. Горный информационно-аналитический бюллетень, (5), 282–287 14. Крупник, Л.А., Битимбаев, М.Ж., Шапошник, С.Н, Шапошник, Ю. Н, & Де- мин, В. Ф. (2015). Обоснование рациональной технологии закладочных работ на месторождении Секисовское. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. (3), 82–90. 15. Petlovanyi, M., Lozynskyi, V., Zubko, S., Saik, P., & Sai, K. (2019). The influence of geology and ore deposit occurrence conditions on dilution indicators of extracted reserves. Rudarsko Geolosko Naftni Zbornik, 34(1), 83-91. https://doi.org/10.17794/rgn.2019.1.8 16. Хоменко, О.Е., Кононенко, М.Н., Миронова, И.Г., & Юрченко, К.О. (2017). Пути снижения техногенной нагрузки на горнодобывающие регионы Украины. Збірник наукових праць НГУ, (51), 77–83. https://doi.org/10.31996/mru.2019.2.46-5 https://doi:10.1051/e3sconf/20186000010 https://doi:10.15421/40270325 https://doi:10.33271/mining13.01.024 https://doi.org/10.1201/b19901-47 https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.10.208 https://doi.org/10.1016/j.jrmge.2018.03.005 Физико-технические проблемы горного производства 2020, вып. 22 114 17. Кузьменко, А.М., & Петлѐваный, М.В. (2013). Состояние и перспективы раз- вития закладочных работ на подземных рудниках Украины. Геотехнічна механіка, (110), 89–97. 18. Кузьменко, А.М., Петлѐваный, М.В., & Усатый, В.Ю. (2015). Твердеющая закладка при отработке рудных крутых залежей в сложных горно-геологических условиях. Днепропетровск: Национальный горный университет. 19. Deng, X., Klein, B., Tong, L., & de Wit, B. (2018). Experimental study on the rheological behavior of ultra-fine cemented backfill. Construction and Building Materials, 158, 985–994. https://doi:10.1016/j.conbuildmat.2017.05.085 20. Кузьменко, А.М., & Петлѐваный, М.В. (2015). Обоснование целесообразно- сти тонкого измельчения вяжущего материала при закладочных работах. Розробка родовищ, 9(2), 183–190. 21. Petlovanyi, M., & Mamaikin, O. (2019). Assessment of an expediency of binder material mechanical activation in cemented rockfill. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 14(20), pp. 3492–3503. 22. Кузьменко, А.М., Петлѐваный, М.В., & Усатый, В.Ю. (2010). Влияние тон- коизмельченных фракций шлака на прочностные свойства твердеющей закладки. В Матеріалах Міжнародної науково-практичної конференції «Школа підземної роз- робки» (с. 383–386). Дніпропетровськ: Національний гірничий університет. 23. Борисовська О.О., & Павличенко А.В. (2019). Оцінка екологічної небезпеки золошлакових відходів теплоелектростанцій. Геотехнічна механіка, (134), 36-46. REFERENCES 1. Pavlychenko A., Buchavyy Y., Fedotov V., Rudchenko A. (2017). Development of methodological approaches to environmental evaluation of the influence of manmade massifs on the environmental objects. Technology Audit and Production Reserves, vol. 4, no. 3(36), pp. 22–26. https://doi:10.15587/2312-8372.2017.109243 2. Hrinov, V.H., Khorolskyi, A.O.., & Kaliushhenko, O.P. (2019). Rozroblennya ekologichnyh scenariyiv efektyvnogo osvoyennya cinnyh rodovyshh korysnykh kopalyn. Mineralni resursy Ukrayiny, (2), 46–50. https://doi.org/10.31996/mru.2019.2.46-5 3. Popovych, V., Kuzmenko, O., Voloshchyshyn, A., & Petlovanyi, M. (2018). Influ- ence of man-made edaphotopes of the spoil heap on biota. E3S Web of Conferences, 60, 00010. https://doi:10.1051/e3sconf/20186000010 4. Pinder, V. F., & Popovych, V. V. (2017). Reclamation of mine rock dumps of liqui- dates mines in lviv-volyn coal basin. Scientific Bulletin of UNFU, 27(3), 113–116. https://doi:10.15421/40270325 5. Statystychnyj zbirnyk «Dovkillya Ukrayiny» za 2018 r. (2019). Derzhavna sluzhba statystyky Ukrayiny, Kyyiv, 214 s. 6. Petlovanyi, M., Kuzmenko, O., Lozynskyi, V., Popovych, V., Sai, K. (2019). Re- view of man-made mineral formations accumulation and prospects of their developing in mining industrial regions in Ukraine. Mining of Mineral Deposits, 13(1), 24–38. https://doi:10.33271/mining13.01.024 7. Chistyakov, E., Ruskih, V., & Zubko, S. (2012). Investigation of the Geomechani- cal Processes whil Mining Thick Ore Deposits by Room Systems with Backfill of Worked-Out Area. Geomechanical Processes During Underground Mining – Proceedings of the School of Underground Mining, 127–132. https://doi.org/10.1201/b13157-23 8. Khomenko, O., Kononenko, M., & Petlovanyi, M. (2015). Analytical modeling of the backfill massif deformations around the chamber with mining depth increase. New Developments in Mining Engineering, 265–269. https://doi.org/10.1201/b19901-47 https://doi:10.1016/j.conbuildmat.2017.05.085 Физико-технические проблемы горного производства 2020, вып. 22 115 9. Kuzmenko, O.M., & Petlovanyj, M.V. (2017). Stijkist shtuchnogo masyvu pry pi- dzemnij rozrobci potuzhnogo rudnogo pokladu na velykij glybyni. Zbirnyk naukovykh pracz Nacionalnogo girnychogo universytetu, (50), 56–62. 10. Khorolskyi, A., Hrinov, V., & Kaliushenko, O. (2019). Network models for searching for optimal economic and environmental strategies for field development. Pro- cedia Environmental Science, Engineering and Management, 6(3), 463–471. 11. Wu, J., Feng, M., Mao, KH., KHu, J., Zhang, W., Ni, KH., & Han, G. (2018). Par- ticle size distribution of aggregate effects on mechanical and structural properties of ce- mented rockfill: Ekhperiments and modeling. Construction and Building Materials, 193, 295–311. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.10.208 12. Lingga, B. A., & Apel, D. B. (2018). Shear properties of cemented rockfills. Jour- nal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 10(4), 635–644. https://doi.org/10.1016/j.jrmge.2018.03.005 13. Melnyk, P.E. & KHrysanov V.V. (2010). Yspolzovanye shakhtnikh porod y ot- khodov ugleobogashhenyya v kachestve zakladochnogo materyala pry podzemnoj ugle- dobiche. Gornij ynformacyonno-analytycheskyj byulleten, (5), 282–287 14. Krupnyk, L.A., Bytymbaev, M.Zh., Shaposhnyk, S.N, Shaposhnyk, Yu. N, & De- myn, V. F. (2015). Obosnovanye racyonalnoj tekhnologyy zakladochnыkh rabot na mes- torozhdenyy Sekysovskoe. Fyzyko-tekhnycheskye problemy razrabotky poleznukh ysko- paemikh. (3), 82–90. 15. Petlovanyi, M., Lozynskyi, V., Zubko, S., Saik, P., & Sai, K. (2019). The influ- ence of geology and ore deposit occurrence conditions on dilution indicators of ekhtract- ed reserves. Rudarsko Geolosko Naftni Zbornik, 34(1), 83–91. https://doi.org/10.17794/rgn.2019.1.8 16. Khomenko, O.E., Kononenko, M.N., Myronova, Y.G., & Yurchenko, K.O. (2017). Puty snyzhenyya tekhnogennoj nagruzky na gornodobivayushhye regyony Ukrayny. Zbirnyk naukovykh pracz NGU, (51), 77–83. 17. Kuzmenko, A.M., & Petlѐvanыj, M.V. (2013). Sostoyanye y perspektyvы razvytyya zakladochnыkh rabot na podzemnыkh rudnykakh Ukraynы. Geotekhnichna mekhanika, (110), 89–97. 18. Kuzmenko, A.M., Petlѐvanыj, M.V., & Usatыj, V.Yu. (2015). Tverdeyushhaya zakladka pry otrabotke rudnыkh krutыkh zalezhej v slozhnыkh gorno-geologycheskykh uslovyyakh. Dnepropetrovsk: Nacyonalnыj gornыj unyversytet. 19. Deng, KH., Klein, B., Tong, L., & de Wit, B. (2018). Ekhperimental study on the rheological behavior of ultra-fine cemented backfill. Construction and Building Materials, 158, 985–994. https://doi:10.1016/j.conbuildmat.2017.05.085 20. Kuzmenko, A.M., & Petlevanyi, M.V. (2015). Obosnovanye celesoobraznosty tonkogo yzmelchenyya vyazhushhego materyala pry zakladochnykh rabotakh. Rozrobka rodovysh, 9(2), 183–190. 21. Petlovanyi, M., & Mamaikin, O. (2019). Assessment of an ekhpediency of binder material mechanical activation in cemented rockfill. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 14(20), pp. 3492–3503. 22. Kuzmenko, A.M., Petlѐvanyi, M.V., & Usatij, V.Yu. (2010). Vlyyanye tonko- yzmelchennikh frakcyj shlaka na prochnostnie svojstva tverdeyushhej zakladky. In Mate- rialakh Mizhnarodnoyi naukovo-praktychnoyi konferenciyi «Shkola pidzemnoyi rozrobky» (s. 383–386). Dnipropetrovsk: Nacionalnyj girnychyj universytet. 23. Borysovska O.O., & Pavlychenko A.V. (2019). Ocinka ekologichnoyi nebezpeky zoloshlakovykh vidkhodiv teploelektrostancij. Geotekhnichna mekhanika, (134), 36–46. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.10.208 https://doi.org/10.1016/j.jrmge.2018.03.005 Физико-технические проблемы горного производства 2020, вып. 22 116 ABSTRACT (IN UKRAINIAN) Мета. Підвищення обсягу утилізації шахтних порід у закладних сумішах на основі вдосконалення їх властивостей та компонентного складу з оцінкою технологічних та екологічних наслідків. Методика. Складено експериментальну програму комплексу лабораторних досліджень властивостей закладних сумішей традиційного складу та з під- вищеним вмістом шахтних пустих порід під впливом тонкодисперсного в’яжучого матеріалу. Виконано детальний аналіз паспорту породного відва- лу та оцінки його впливу на довкілля в умовах одного з провідних гірничих підприємств з підземного видобутку залізних руд. Результати. Приготовлено та визначено властивості закладних сумішей з вмістом шахтних пустих порід 25-50% у комбінованому інертному запов- нювачі. Визначено раціональний інтервал додавання шахтних порід в інерт- ний заповнювач. Встановлено взаємозв’язок між часом розбору породного відвалу від кількості породи в інертному заповнювачі закладної суміші. Наукова новизна. Встановлено ступеневу залежність зміни міцності закла- дного масиву від обсягу шахтних пустих порід у складі комбінованого інер- тного заповнювача закладної суміші. Практична значимість. Розроблені склади закладних сумішей з підвище- ним вмістом шахтних пустих порід. Ключові слова: шахтна порода, закладна суміш, подрібнення, в’яжучий та інертний матеріал, природнє середовище ABSTRACT (IN RUSSIAN) Цель. Повышение объема утилизации шахтных пород в закладочных смесях на основе совершенствования их свойств и компонентного состава с оцен- кой технологических и экологических последствий. Методика. Составлена экспериментальная программа проведения комплек- са лабораторных исследований свойств закладочных смесей традиционного состава и с повышенным содержанием шахтных пустых при влиянии тонко- дисперсного вяжущего материала. Выполнен детальный анализ паспорта породного отвала и оценки его влияния на окружающую среду в условиях одного из ведущих горных предприятий по подземной добыче железных руд. Результаты. Приготовлены и определены свойства закладочных смесей с содержанием шахтных пустых пород в комбинированном инертном запол- нителе 25-50%. Определены рациональный интервал добавления шахтных пород в инертный наполнитель. Установлена взаимосвязь между временем разбора породного отвала от количества породы в инертном заполнителе закладочной смеси. Научная новизна. Установлена степенная зависимость изменения прочно- сти закладочного массива от объема шахтных пустых пород в составе ком- бинированного инертного заполнителя закладочной смеси. Практическая значимость. Разработаны составы закладочных смесей с по- вышенным содержанием шахтных пустых пород. Физико-технические проблемы горного производства 2020, вып. 22 117 Ключевые слова: шахтная порода, закладочная смесь, измельчение, вяжу- щий и инертный материал, природная среда. ABOUT AUTHOR Petlovanyi Mykhailo, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Dnipro University of Technology, Associate Professor of the Mining Engineering and Education Department, 19 Dmytra Yavornytskoho Ave., Dniprо, Ukraine, 49005. E-mail: petlyovany@ukr.net https://mail.ukr.net/desktop#sendmsg/f=to=Jp8N9Pc50W1wQoCDE4Ow9W8N

Інтенсифікація використання шахтних порід у закладних сумішах: екологічні та технологічні наслідки

Institution

Ähnliche Einträge