СПОСОБ ЗАХОРОНЕНИЯ ВРЕДНЫХ ВЫХОДОВ В ЗАКЛАДКЕ ПОДЗЕМНЫХ ВЫРАБОТОК Российский патент 1997 года по МПК E21F15/00 

Способ захоронения вредных отходов в закладке подземных выработок.

Предлагаемое изобретение относится к горному делу и металлургии, преимущественно, к области закладки выработанного пространства и использованию отходов горно-металлургического производства. Оно может быть использовано в горнодобывающей, металлургической, химической, строительной и других смежных отраслях промышленности с целью улучшения экологической обстановки за счет использования отходов производства и их захоронения.

Известен способ гидропневматической закладки выработанного пространства, включающий приготовление твердеющего закладочного материала из отходов производства в виде брикетов, подачу их по закладочному трубопроводу в воздушной смеси и диспергированным воздухом и возведение из брикетов закладочного массива (1).

Недостатками этого способа являются: отсутствие изоляции вредных отходов от контактов с водной средой в потоке и закладочном массиве, наблюдение условий водонепроницаемости для минеральных веществ, способных растворяться в воде; возможные потери отходов в дренаж воды в виде продуктов деградации брикетов при движении в трубопроводе; доступность вредных отходов в случае недозакладки выработок.

Известен также способ захоронения отходов горно-обогатительного производства (прототип), включающий приготовление отходов производства (хвостов) в виде обезвоженных шламов, смешение их с растворителем и окислителем, гранулирование смеси и подачу их по трубопроводу для создания закладочного массива. В целях предупреждения самопроизвольного выщелачивания подземными водами стенки выработки предварительно обрабатывают гидроизолирующим покрытием. Закрепление захороняемых веществ достигают в процессе грануляции сушкой и длительным выдерживанием гранул в месте захоронения при наличии в них вяжущего (2).

Недостатками этого способа можно считать: недостаточное обеспечение водонепроницаемости, поскольку гранулы не имеют защитного покрытия, укладываются в закладочный массив как сыпучий материал; доступность при недозакладке и усадка массива; потери минерального вещества за счет деградации гранул при их движении в трубопроводе и рассеивания продуктов разрушения в воздухе; повышенный расход цемента или другого вида вяжущего для обеспечения свойств пластичности смеси при гранулировании. На основе способа не могут быть созданы условия для создания в закладочном массиве "могильников" для захоронения вредных отходов, подобно создаваемым на поверхности земли (с полной гарантией недоступности для рассеивания их в водной, воздушной среде и окружающих породах).

Цель предложения заключается в исключении использования земли под могильники, снижении расхода цемента и кондиционных материалов.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе захоронения вредных отходов в закладке подземных выработок, включающем выделение отходов в шлам, накопление его, подготовку в виде брикетов в твердеющей смеси, спуск, доставку к закладываемым выработкам и укладку в массив, вредные отходы смешивают с пластичной минеральной массой (глиной, суглинков и др.) и брикетируют, затем брикеты смешивают с тонкодисперсной зольно-шлаковой смесью и образуют гранулы гидратационного твердения, которые вводят в поток шлаково-зольной композиции с пенной суспензией и доставляют по трубам в закладочный массив.

При этом, для активации сложного вяжущего в гранулах и суспензии используют цемент, для повышения пластичности пенобетонов добавки пластификаторов, а для повышения прочности брикетов и ускорения твердения гранул их подсушку в течение 15 30 мин.

Кроме того, закладочную смесь и пенобетон с брикетами (гранулами) подают в выработку попеременно с паузой от 1 до 7 суток после подачи пенобетонов.

При этом количество воды в закладочной смеси ограничивают объемом, требуемым для затворения вяжущего, а крупность брикетов и гранул устанавливают в соответствии со способом их доставки по трубам.

Пример осуществления способа.

Проиллюстрируем использование предложения для условий НПО "Джезказганцветмет". На металлургическом заводе объединения требуется захоронение ежегодно 500 т мышьяковистых отходов, вредных для среды обитания людей и животного мира, растительности. При непрерывной работе завод ежесуточно может иметь около 1,4 т отходов.

Схема способа представлена на чертеже. Каждый цикл процесса подготовки гранул на заводе определяют из потребности загрузки одного самосвала грузообъемностью 27 т. При использовании глины или суглинка, как пластичного материала влажностью 4% от веса, для брикетирования отходов в виде мышьяковистого раствора потребуется (при влажности смеси 19-20% по весу): отходов 2,8 т для цикла и пластичной массы 6,5 м³. Раствор перекачивают насосом 2 в смеситель 3, куда из расходного бункера 4 поступает суглинок по шнековому конвейеру 5, разрушающему сухие комки. Суглинок направляют конвейером 6 на бункерный склад по мере подачи его самосвалом 7. Из глиномешалки 3 смесь плотностью до 2300 кг/м³ при содержании жидкости около 460 кг/м³ направляют в валковый брикетный пресс 14. При надобности брикеты подсушивают на конвейере 15 под воздушным зонтом 16 и передают элеватором 17 на гранулятор 18. Одновременно в бункерах 8 накапливают и передают по конвейеру 9 золу и граншлак, если они поступают из процесса гидрошлакозолоудаления, в мельницу 10. При сухом помоле компоненты золы и шлака передают питателем 12 в накопитель 13. Эти же компоненты из мельницы передают и в смеситель 11, куда для активации вводят цемент. При водоцементном отношении 0,4-0,7 сложное вяжущее поступает на гранулятор 18.

В процессе грануляции в вяжущее вводят при надобности ускоритель твердения или осуществляют подсушку гранул в течение 15-30 мин в накопительных кассетах и бункере-накопителе 19. По опытам в Гипроцветмете прочность слоев гранул диаметром 15 мм по выходе из гранулятора составляет 1-3 н/см², а при подсушивании с температурой 120^oC в течение 10-20 мин их прочность повышается в 1,5-3 раза (последнее при наличии вяжущего). Прочность брикетов из суглинка при давлении пресса ≥ 6 МПа на сжатие достигает порядка 1,0-1,3 МПа. При размерах брикетов в пределах 10-15 мм будут получены (путем регулирования скорости вращения тарели) гранулы размером 20 мм. Гранулы после покрытия их гидратационной твердеющей оболочкой толщиной 5-8 мм приобретают после спецобработки достаточную прочность для накопления их в бункере 19, куда непрерывно поступает подогретый воздух. К массе в объеме около 9 м³ брикетов добавляют массу гидратационной золошлакоцементной оболочки в объеме до 3,5 м³. Общий вес приготавливаемых за 1 цикл отходов в гранулах составляет около 16,5 т и направляется автотранспортом 20 на рудник.

На закладочном комплексе (3 к) через воронку 21, питатель 22, элеватор 23 и течку 24 отходы в бункере 26, откуда их направляют в смеситель 29. В него же из бункеров 25 подают компоненты сложного вяжущего через активатор 27. В смесителе 29 гранулы, вяжущее и пенная суспензия из системы 28 образуют пенобетонную смесь, которая бетононасосом 30 закачивается в закладочный трубопровод 34. Здесь же в бункерах 31 накапливают в складе компоненты вяжущего в виде зол износа, извести и др. для обслуживания и головной бетононасосной станции 3К, для которого подготавливают низкокачественный бетон с количество воды в пределах 14-18% от общей массы смеси. Насосную станцию 3К, рассчитанную на подачу смеси соответственно требованиям производства, на время подачи отходов для захоронения отключают. Питатели 32 пневмотранспортного трубопровода 33 обслуживают обе установки; 35-водовод. В пенобетоне гранулы с отходами занимают по весу около 40% Подачу насоса 30 для него назначают исходя из пропускной способности закладочного трубопровода. В данном случае можно использовать бетононасос на подачу до 25 м³/ч смеси, что потребует с подготовительно-заключительными операциями использования закладочного трубопровода на 2 ч для объема захоронения отходов за 1 цикл (двое суток). Прочность пенобетона по данным МИИ для крупнопористого бетона на основе зольного гравия достигает за время 1-7 суток при составе: зола: цемент=85:15, В:Ц=0,48 пределов 0,35-2,19 МПа.

В свою очередь вокруг порции пенобетона с гранулами создается оболочка твердеющего низкомарочного бетона, прочность которого при оптимальном количестве воды даже на заменителях цемента составит не менее 4 МПа. Наличие 3-х оболочек из твердеющих материалов (при отсутствии циркуляции в массиве воды из смеси) и описанная технология обеспечивают водонепроницаемость, полную изоляцию и недоступность вредных отходов для попадания в среду обитания.

Данный способ по сравнению с известным способом захоронения отходов в могильники на поверхности земли обеспечивает следующие преимущества: не требует отвода земли и службы надзора за бетонированным котлованом; резко снижает затраты на бетонные работы, поскольку не требует защитных покрытий котлована водонепроницаемой и высокопрочной оболочками; хорошо сочетается с закладочной технологией; при использовании погашаемых выработок для захоронения исключает доступ к месту захоронения; позволяет использовать заменители вяжущего при экономии цемента не менее 12000 кг на 1 т отходов, песка и щебня.

Способ включает выделение отходов в шлам, накопление его, подготовку в виде брикетов в твердеющей смеси, спуск, доставку к закладываемым выработкам и укладку в массиве. При этом вредные отходы смешивают с пластичной минеральной массой (глиной, суглинком и др.) и брикетируют, затем брикеты смешивают с тонко-дисперсной зольношлаковой смесью и образуют гранулы гидратационного твердения, который вводят в поток шлаково-зольной композиции с пенной суспензией и добавляют по трубам в закладочный массив. Для повышения прочности брикетов и ускорения твердения гранул их подсушивают в течение 15-30 мин. Кроме того, закладочную смесь и пенобетон с брикетами подают в выработку попеременно с паузой от 1 до 7 суток после подачи пенобетонов. При этом количество воды в закладочной смеси ограничивают объемом, требуемым для затворения вяжущего, а крупность брикетов и гранул устанавливают в соответствии со способом их доставки по трубам. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ захоронения вредных отходов в закладке подземных выработок, включающий переработку отходов в шлам, накопление его, брикетирование, доставку к закладочным выработкам и укладку в массив, отличающийся тем, что перед брикетированием шлам перемешивают с пластической минеральной массой, брикеты обрабатывают на грануляторе в зольно-шлаковой смеси с образованием гранул гидратационного твердения, которые вводят в шлакозольную пенную суспензию для доставки по трубам к закладочным выработкам и укладывают в массив отходы в виде пенобетонной смеси гранул и суспензии поочередно с закладочной смесью. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для активации вяжущего в смеси гранулятора и суспензии используют цемент, для повышения пластичности пенобетонной смеси добавки пластификаторов, а для повышения прочности и ускорения твердения гранул осуществляют их подсушку в течение 15 30 мин или добавляют ускоритель твердения в смесь гранулятора. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что закладочную смесь укладывают в массив через 1 7 суток после укладки пенобетонной смеси. 4. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что количество воды в закладочной смеси принимают в объеме, требуемом для затворения вяжущего, а гранулы образуют крупностью менее 1/3 диаметра труб.