Металлургическая и горнорудная промышленность 2010 №2

Подождите немного. Документ загружается.

I l%2 ++30#(7%1* ? ( #.0-.03$- ? /0.,;8+%--.12</2010



161

ГОРНОРУДНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

ченных результатов эффективность пылеподавления

превысила 80 %, а эффективность нейтрализации ок-

сида углерода составила около 55 %.

Исследования эффективности данного спосо-

ба проводились также на карьере ОАО «Ингулецкий

ГОК». Результаты промышленных исследований в

летний период года приведены в табл. 5.

Результаты исследований, приведенные в табл. 5,

свидетельствуют о том, что эффективность пылепо-

давления при использовании водного раствора УЩР

со

ставляет 58 %, а эффективность подавления СО

62,1 %. Эффективность нейтрализации СО в горной

массе составила 74,7 % и полностью достигнута ней-

трализация оксидов азота в горной массе. Наряду с

этим, проводились исследования дисперсного соста-

ва пылевых частиц, которые образуются после мас-

совых взрывов на карьере ОАО «Ингулецкий ГОК».

Как показали результаты исследований, водный

раствор УЩР спо

собствует коагуляции пылевид-

ных частиц. Как следствие, они почти в полном объе-

ме неспособны выноситься за пределы карьера. Это

подтверждают результаты анализа дисперсного со-

става пыли на границе санитарно-защитной зоны ка-

рьера. Результаты показали, что 96,3 % тонкодисперс-

ной пыли, которая находится в атмосфере жилых мас-

сивов, отсутствуют в пылевых выбросах, о

тобранных

над блоком, где использовался для пылегазоподавле-

ния водный раствор УЩР.

Интенсивным источником загрязнения пылью ат-

мосферного воздуха являются поверхности шламох-

ранилищ. ГП «НИИБТГ» разработаны новые соста-

вы для закрепления пылящих поверхностей на осно-

ве полисахаридов – патоки зеленой и экстракта куку-

рузного. Преимуществом данных веществ является

то, что после разложения они образ

уют гумус, кото-

рый в виде «шубки» из органических веществ, скре-

пляет мелкодисперсные частицы между собой и пре-

пятствует их взметыванию в атмосферу. Кроме того,

в данном случае пылящая поверхность приобрета-

ет агрохимические свойства, способствующие росту

растений, которые своей корневой системой могут

эффективно противостоять ветровой эрозии поверх-

ности.

Результаты промышленных иссле

дований ме-

ханической прочности покрытий, образовавшихся

на пылящих поверхностях при закреплении их экс-

трактом кукурузным и патокой зеленой, приведены

в табл. 6. Во всех опытах расход растворов на закре-

пление составлял 3 л/м

. Как видно из табл. 6 при кон-

центрациях 25 масс. % и выше, экстракт кукурузный

и патока зеленая образуют механически прочные по-

крытия.

При увеличении концентрации закрепителей от

50 до 100 масс. % (закрепитель 100%-ной концентра-

Таблица 2. Удельные выбросы суспендированных твердых частиц в зависимости от типов взрывчатых

веществ и горных пород

Тип пород

Тип взрывчатых

веществ

Удельное пылевыделение

кг/м

пород

кг/кг ВВ без средств по

пылегазоподавлению

кг/кг ВВ со

средствами по

пылегазоподавлению

Окисленные кварциты Граммонит 79/21 0,145-0,191 0,209-0,260 0,079-0,099

Сланцы Граммонит 79/21 0,160-0,211 0,192-0,226 0,073-0,086

Магнетитовые

(железистые)

кварциты

Граммонит 79/21 0,121-0,142 0,143-0,162 0,046-0,052

Окисленные кварциты Украинит ПП-2Б 0,109-0,163 0,137-0,218 0,029-0,046

Сланцы Украинит ПП-2Б 0,171-0,173 0,157-0,171 0,033-0,036

Магнетитовые

(железистые)

кварциты

Украинит ПП-2Б 0,106-0,120 0,106-0,118 0,022-0,025

Таблица 3. Удельные выбросы газов в зависимости от типов взрывчатых веществ и горных пород

Тип пород

Тип взрывчатых

веществ

Тип газа

Удельное пылевыделение, л/кг ВВ

без средств по

пылегазоподавлению

со средствами по

пылегазоподавлению

Окисленные кварциты Граммонит 79/21

СО 9,17-15,12 3,30-5,44

NО

0,13-0,231 0,03-0,06

Сланцы Граммонит 79/21

СО 7,17-13,92 2,58-5,01

NО

0,17-0,211 0,04-0,05

Магнетитовые

(железистые) кварциты

Граммонит 79/21

СО 14,22-15,32 5,12-5,52

NО

0,16-0,20 0,04-0,05

Окисленные кварциты Украинит ПП-2Б

СО 7,48-12,17 2,69-4,38

NО

0,09-0,19 0,02-0,05

Сланцы Украинит ПП-2Б

СО 7,46-16,16 2,69-5,82

NО

0,09-0,1 0,023-0,025

Магнетитовые

(железистые) кварциты

Украинит ПП-2Б

СО 9,20-9,81 3,31-5,53

NО

0,07-0,31 0,02-0,08

I l%2 ++30#(7%1* ? ( #.0-.03$- ? /0.,;8+%--.12</2010



162

ГОРНОРУДНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

ции – это товарный продукт) механическая прочность

покрытия практически не увеличивается.

Через 15 дней были проведены повторные заме-

ры механической прочности покрытий. За этот пери-

од выпало 80 мм осадков в виде дождя. Значения ме-

ханической прочности покрытий приведены в табл. 7.

Как видно из приведенных результатов, корка,

полученная при использовании товарных продуктов

экстракта кукурузного и па

токи зеленой и их водных

растворов 50%-ной концентрации не разрушалась и

ее механическая прочность почти не изменилась. На

участках где использовались эти же продукты 25%-

ной концентрации, механическая прочность покры-

тий снизилась: у экстракта кукурузного в 3 раза, у па-

токи зеленой в 6 раз, и местами корка полностью раз-

рушилась. На участках, гд

е закрепление осуществля-

лось товарным экстрактом кукурузным, корка места-

ми растрескалась, и ее концы были закручены вверх,

что свидетельствовало об излишне высокой концен-

трации закрепителя.

Дальнейшие наблюдения показали, что через

год защитная корка не сохранилась, однако мелко-

дисперсные частицы на поверхности были сложены

Таблица 4. Результаты промышленных исследований по пылегазоподавлению при м

ассовых взрывах

с использованием водных растворов УЩР и ССБ на Первомайском карьере СевГОКа

Способ обработки

блока

Концентрация пыли в

облаке, мг/м

Концентрация газов

оксид углерода, мг/м

·10

-3

оксиды азота, мг/м

в горной массе в облаке в горной массе в облаке

граничная средняя гран. серед. гран. серед. гран. серед. гран. серед.

1. Блок необработанный

(контрольный)

900,0-

1000

950,0

25,0-

30,0

27,5

5,0-

6,25

5,62 34-42 38,0 16-21 18

2. Материал забойки,

увлажненный водным

раствором ССБ – 15 %

310-390 350,0

37,5-

45,0

7,5

6,25-

8,75

7,5

112-

123

117 27-32 30

3. Материал забойки,

увлажненный водным

раствором УЩР – 2 %

290-330 310

15,0-

20,0

17,5

2,5-

3,75

3,12 13-17 15 8-10 9

4. Материал забойки,

увлажненный водным

раствором УЩР – 2 %,

экран ув

лажнен водным

раствором смеси

УЩР – 2 % и СБ – 0,5 %

110-130 120

11,1-

13,75

12,5

1,25-

1,87

1,25 11-15 13 6-8 7

Таблица 5. Результаты промышленных исследований способа и средства пылегазоподавления при

массовых взрывах (в числителе предельные, в знаменателе средние значения)

Тип пылегазоподавляющегос-

редства

Концентрации вредных выбросов в облаке по-

сле взрыва, мг/м

Концентрации вредных газов во

взорванной горной массе, мг/м

пыли СО NО

СО NО

1. Без средств

пылегазоподавления

1320,0-1400,0

1340,0

245,0-260,0

251,3

6,0-8,0

7,5

2750,0-2875,0

2843,7

7,0-9,0

8,0

2. Внешняя водная

забойка в

полиэтиленовых

рукавах (штатная

забойка в карьере)

1040,0-1100,0

1070,0

215,0-220,0

218,3

4,0-5,0

4,2

2625,0-2875,0

2812,5

7,0-9,0

7,8

3. Водный раствор

углещелочного

реагента

концентрации

1 масc. %

520,0-580,0

550,0

90,0-100,0

95,0

625,0-750,0

718,8

2,0-4,0

3,0

плотным слоем. В этот слой были внесены семена

травы, которая густо проросла и развивалась весь се-

зон. Это подтверждает тот факт, что указанные закре-

пители образуют в последствии плодородный защит-

ный слой. На участках, не обработанных растворами,

после посева трава не взошла.

Крупным источником выделения пыли в атмос-

феру являются карьерные ав

тодороги. Расчеты по-

казывают, что масса пыли, которая выделяется из ав-

тодорог во время транспортировки горной массы ав-

тосамосвалами в сухой жаркий период года, может

достигать нескольких десятков тонн в месяц. Пыль,

выделившаяся с поверхности автодорог, загрязня-

ет рабочие зоны карьеров и ухудшает санитарно-

гигиенические условия труда горняков. Высокая за-

пыленность в

оздуха усложняет видимость на авто-

дорогах, особенно в темное время суток, что создает

условия для аварийных ситуаций во время движения

технологического автотранспорта. Кроме того, часть

пыли выносится из карьерного пространства, что

приводит к загрязнению атмосферного воздуха при-

легающих территорий. Дальнейший рост производ-

ства, который наблюдается в последнее время, приве-

I l%2 ++30#(7%1* ? ( #.0-.03$- ? /0.,;8+%--.12</2010



163

ГОРНОРУДНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

Таблица 6. Значения механической прочности

покрытий, образованных различными закре-

пителями на пылящих поверхностях хвостох-

ранилищ

Тип закрепителя

Значение механической прочности

покрытия МПа при концентрации

закрепителей, масс. %

100 50 25

Экстракт

кукурузный

1,0-1,14 1,0-1,42 0,28-0,57

Патока зеленая 0,71-1,0 0,57-1,0 0,14-0,42

Таблица 7. Значения механической прочности

покрытий (МПа) после воздействия дождя в

количестве 80 мм

Тип закрепителя

Значение механической прочности

покрытия МПа при концентрации

закрепителей, масс. %

100 50 25

Экстракт

кукурузный

1,0-1,28 0,85-1,28 0,28-0,42

Патока зеленая 0,57-1,0 0,57-0,85 0-0,14

дет к увеличению объема перевозок горной массы, а

соответственно, будет способствовать росту пылевы-

деления с карьерных автодорог.

Традиционным средством для борьбы с пылью на

карьерных автодорогах является вода. Однако в су-

хую жаркую погоду срок ее эффективного действия

составляет не более 30 мин. ГП «НИИБТГ» прово-

дит работы по модификации растворов для борьбы

с пылью на ав

тодорогах с целью увеличения срока

их эффективного действия. Для пылеподавления на

автодорогах традиционно используется сульфитно-

спиртовая барда (ССБ). Срок ее эффективного дей-

ствия 12-15 ч. Проведенная модификация раство-

ра ССБ углещелочным реагентом, концентрации

0,5 масс. %, позволила увеличить срок эффективно-

го пылесвязывающего действия раствора в два раза.

Также нами разрабо

таны новые пылеподавляющие

растворы – это смесь щелочного стока производства

капролактама с ССБ - концентрации, соответственно,

масс. %: (90 + 10), (80 + 20), (65 + 35). Срок эффектив-

ного действия указанных растворов достигает 6 су-

ток.

В результате выполненной работы получены но-

вые результаты в области способов и средств борь-

бы с пылью и вредными газами на открытых горных

работах, которые позволят обеспечить э

ффективную

защиту воздуха рабочих зон карьеров и атмосферно-

го воздуха на окружающих территориях от вредно-

го воздействия технологических процессов открытой

добычи железных руд.

Дальнейшие исследования ГП «НИИБТГ» на-

правлены на разработку новых способов и средств

пылегазоподавления при взрывных работах, а так-

же на разработку новых средств для закрепления пы-

лящих пов

ерхностей с повышенными адгезионными

свойствами и средств с низкой интенсивностью испа-

рения для увлажнения карьерных автодорог.

Библиографический список

1. Патент України: 12846, МКІ Е21F5/00 Спо-

сіб пилогазоприглушення при масових вибухах

у кар’єрах / В.Ю. Тищук - № 200502740; Заявл.

25.03.2005; Опубл. 15.03.2006, Бюл. № 3.

2. Ефремов Э.И., Бересневич П.В., Петренко В.Д.

и др. Проб

лемы экологии массовых взрывов в ка-

рьерах. Днепропетровск: Січ, 1996. – 179 с.

3. Патент України: 20054А, МКІ Е21F5/06 Склад

для заглушення отруйних газів / В.Ю. Тищук,

Л.Д. Єрмак, Б.М. Ребристий - № 95020933; Заявл.

25.12.95; Опубл. 25.12.1997, Бюл. № 6.

4. Патент України: 12837, МКІ Е21F5/00 Склад

для пилогазоподавлення при масових вибухах у

кар’єрах / В.Ю. Т

ищук, Л.Д. Єрмак, М.Ф. Євдоки-

менко - № 200500280; Заявл. 12.01.2005; Опубл.

15.03.2006, Бюл. № 3.

Поступила 03.12.2009

ÂÍÈÌÀÍÈÞ ÀÂÒÎÐÎÂ!

Â ðåäàêöèè ìîæíî ïðèîáðåñòè ïî ëüãîòíîé öåíå àâòîðñêèå

ýêçåìïëÿðû æóðíàëà. Ïðîñèì çàáëàãîâðåìåííî ïîäàòü çàÿâêó äëÿ

ôîðìèðîâàíèÿ òèðàæà.

êîíòàêòíûé òåëåôîí (ôàêñ) 0562-46-12-95

I l%2 ++30#(7%1* ? ( #.0-.03$- ? /0.,;8+%--.12</2010



164

ГОРНОРУДНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

УДК 622.274.4

Ляшенко В.И. /к.т.н./, Дудченко А.Х.

ГП «УкрНИПИИпромтехнологии»

Чистяков Е.П. /к.т.н./

ГП «НИГРИ»

Научно-технические основы повышения безопасности подземной

разработки урановых месторождений

Ляшенко В.И., Дудченко А.Х., Чистяков Е.П., 2010 г.

В работе принимали участие Азимов Р.Ш., Слепцов М.Н.,

Коваленко В.Н., Ахвердиев И.А., Крук П.Т., Трифонов Ю.В.,

Савельев Ю.Я., Литвинов А.П., Картавый В.П. и др.

Рассмотрены основные научные и практические результаты исследований, направленные на

повышение безопасности разработки урановых месторождений на основе оценки геомеханического

состояния горного массива (геомеханический мониторинг). Приведен пример определения

прочности твердеющей закладки и эффективность результатов внедрения на урановых шахтах

Украины. Табл. 4. Ил. 4. Библиогр.: 5 назв.

Ключевые слова: научно-технические основы, урановые месторождения, безопасность

подземной разработки, тв

ердеющая закладка, параметры камер, стандартизация горных работ

The basic scientiﬁ c and practical results of investigations related to higher safety in the underground

development of uranium deposits on the basis of estimation of rock massif geomechanical condition

(geomechanical monitoring) are considered. An example of deﬁ nition of consolidating stowing strength and

efﬁ ciency of implementation results at uranium mines of Ukraine is given.

Keywords: scientiﬁ c and technical fundamentals, uranium deposits, safety of underground mining,

consolidating stowing, parameters of chambers, standardization of mining operations

Наука

Подземная разработка урановых месторожде-

ний характеризуется сокращением рудных площадей,

снижением содержания металла в руде, ухудшением

горно-геологических и горнотехнических условий

при дефиците

технических и материальных ресурсов

и усилением факторов экологии, повышением требо-

ваний к безопасности жизнедеятельности человека.

Поэтому создание и внедрение научно-технических

основ повышения безопасности подземной разработ-

ки урановых месторождений с учетом геомеханиче-

ского обоснования устойчивых параметров эксплуа-

тационных блоков, рациональных способов управле-

ния горным давлением, прочности и составов тверде-

ющей закладочной сме

си, порядка отработки руд-

ных залежей, обеспечивающих сохранение земной

поверхности, – важная научная и практическая зада-

ча, требующая не отлагательного решения.

Оценка геомеханического состояния горного

массива

За состоянием горного массива урановой шахты

осуществлялся звукометрический контроль при по-

мощи стационарного дистанционного геофона и дат-

чиков с пьезо-кристаллом [1]. Дистанционные систе-

мы звукометрического контроля за к

амерами и мас-

сивом в целом показали, что перераспределение на-

пряжений в массиве происходит в течение 15 мин по-

сле массового взрыва и в дальнейшем не превышает

0-10 имп./мин. Звукометрические наблюдения в 14 из

23 камер блоков, подтвердили устойчивое состояние

массива (интенсивность импульсов 0-17 имп./мин)

При устойчивых обнажениях камер в течении 2-

2,5 лет, да

льнейшее состояние их остается стабиль-

ным и эти недозаложенные камеры исключаются из

перечня подлежащих звукометрическому контролю.

Многолетние исследования параметров акусти-

ческих волн, распространяющихся по горным поро-

дам, позволили установить оптимальные параметры

камер. В последующем установлена закономерность

ослабления акустических волн в горных породах, по-

зволяющая определять устойчивые параметры обна-

жений. На о

сновании проведенных инструменталь-

ных изменений звукометрическими приборами уста-

новлена интенсивность импульсов 0-3 имп./мин и ви-

зуального осмотра действующих 10-ти эксплуатаци-

онных блоков в этажах 280-520 м урановой шахты.

Обследованные камеры и горный массив в целом на-

ходятся в устойчивом состоянии, опасности обруше-

ния горных пород нет.

Определение геометрических параметров ка-

мер и про

чностных характеристик твердеющей

закладки

Геометрические параметры камер длина (а), ши-

рина (в) и высота (Н), а также величины эквивалент-

ного горизонтального и вертикального пролетов, обе-

спечивающие устойчивость закладочного массива

находятся по известным зависимостям [2,3], кото-

рые наиболее полно приведены в работа [4,5]. В пер-

вичных камерах допустимый эквивалентный про-

лет обнажений зависит от крепо

сти вмещающих по-

род (руд) и глубины разработки. Эквивалентный про-

лет горизонтального обнажения при мощности руд-

ных тел до 3 м и прочности закладки на сжатие более

3,0 МПа не ограничивается. Расчеты выполнены ис-

ходя из следующих условий: глубина простирания

рудных тел до 1000 м, руда и вмещающие породы с

трещиноватостью (до 15 шт./м), к

оэффициентом кре-

пости по шкале Протодьяконова 12-18, углом паде-

ния более 55° и умеренной обводненностью. Система

разработки - подэтажных штреков (ортов) с твердею-

щей закладкой. Размеры камер, м: ширина 3-20, дли-

на 30-60, высота 40-60. Отбойка камер производится

скважинными зарядами диаметром 57-65 мм. Нор-

I l%2 ++30#(7%1* ? ( #.0-.03$- ? /0.,;8+%--.12</2010



165

ГОРНОРУДНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

мативное время существования обнажения закладки

6 месяцев (

Прочность горизонтального обнажения закладки

на изгиб определяется по формуле (рис. 1)

4 100

экв г з з

изг

сл с оп

hKK











(1)

где

.изг



- прочность закладки на изгиб, МПа;



- плотность закладки,



=2,0 т/м

;

сл

- толщина ниж-

него монолитного слоя закладки,

сл

=4-6 м;

- ко-

эффициент запаса прочности,

2,0

К 

;

- коэф-

фициент, учитывающий сейсмическое воздействие

массовых взрывов,

=0,8;

оп

- коэффициент, учи-

тывающий характер опоры закладочного массива для

вторичных камер (

0,8

оп

К 

); 4 и 100 - переходные

коэффициенты.

Прочность вертикального обнажения закладки на

сцепление определяется по формуле (рис. 2)

0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8

ɦl

ɷɤɜ

.,ɦɟɫt

Ɇɉɚ

ɢɡɝ

ɦh

ɫɥ

6 ɦh

ɫɥ

4 ɦh

ɫɥ

Рис.1. Номограмма для определения нормативной прочно-

сти закладки на изгиб

0,4 0,8

1,2

1,6 2,0 2,4

., ɆɉɚC

., ɦɟɫt

ɦl

ɷɤɜ

Рис 2. Номограмма для определения нормативной прочно-

сти закладки на сцепление

2 100

экв в з з









(2)

где

- прочность закладки на сцепление, МПа;

- показатель устойчивости закладки (радиус кри-

визны). Для закладки

5,5

сж





МПа

15R 

, для

5,5

сж





МПа

20R 

;

- коэффициент запаса

прочности (

1, 5

K 

, т.к. прочность на сцепление

менее ответственна, чем на изгиб); 2 и 100 – переход-

ные коэффициенты.

Прочность целика из твердеющей закладки на

сжатие определяется по формуле (рис. 3)

(cos),

100

псв з з

сж з

побс

hE K

mE KK













(3)

где

.сж



- прочность закладки на сжатие, МПа;



- плотность пород (



=2,7 т/м

);

св



- приращение вы-

соты свода разгрузки при отработке последующей ка-

меры, м, (

(0,25 0,5)

св св





);

- мощность за-

лежи, м;

- модуль упругости закладочного мате-

риала (

3,0 10

E 

МПа);

- модуль упругости

горных пород (

6,6 10E 

МПа);



- угол паде-

ния рудного тела (





);

- коэффициент запаса

прочности (

3,0

K 

, так как результаты не проверя-

лись по данным моделирования);

об

- коэффициент,

учитывающий увеличение несущей способности це-

лика при объемном нагружении (

об

= 1,6).

Высота свода разгрузки определяется по формуле

св





(4)

где

св

- высота свода разгрузки, м;

- высота

выработанного пространства, м;

- ширина очист-

ного пространства, м.

Прочность закладки на растяжение от воздей-

ствия сейсмики взрывов определяется по формуле

(рис. 3)

0,43

() ,

2 10000

з p











(5)

где



- прочность закладки на растяжение, МПа;

- масса заряда на одно замедление, кг;

- рассто-

яние от геометрического центра веера скважин до

границы раздела двух сред в закладочном массиве,

м;

- скорость распространения продольных волн

в закладочном массиве, см/с (

24 10

C 

м/с);

60 120 180 240 300

ɦm,

0 0

5 1

Ɇɉɚ

ɫɠ

Рис.3. Номограмма для определения нормативной прочно-

сти закладки на сжатие

I l%2 ++30#(7%1* ? ( #.0-.03$- ? /0.,;8+%--.12</2010



166

ГОРНОРУДНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

ускорение силы тяжести (

= 9,81 м/с

); 2 и 10000

– переходные коэффициенты.

Для снижения сейсмических воздействия искус-

ственный целик между двумя отрабатываемыми ка-

мерами должен быть не менее 30 м, а масса заряда

на одно замедление 450-500 кг. Для предотвращения

разрушающего воздействия примыкающего взрыва

расстояние от концов скважин до закладки должно

быть в следующих пределах (табл. 1).

В зависимости от угла наклона обнаж

ения эк-

вивалентные пролеты

.экв

, горизонтального

..экв г

, и

вертикального

..экв в

обнажений находятся в следую-

щей зависимости (табл. 2).

Нормативная прочность песчано-шлаковой за-

кладки в возрасте 6 месяцев в зависимости от мощ-

ности рудного тела при высоте камеры

60h 

м и

составы растворов твердеющей смеси приведены в

табл. 3, 4.

Подчеркнуты расчетные критические показатели,

по которым принимались рекомендуемая норматив-

ная прочность на сжатие.

Возможно применение других составов той же

прочности твердеющей закладки. На закладочный

комплекс выдаются карты прочности закладочных

смесей для каждого блока или залежи. Допустимые

пролеты обнажения закладки в зависимости от ее

фак

тической прочности на начало обнажения произ-

водится по формулам (1) и (2).

Пример определения прочности твердеющей

закладки

Исходные данные: высота выработанного про-

странства

120

H 

м; мощность залежи

40m 

м;

высота камеры

60h 

м; ширина камер

20b 

м;

масса заряда на одно замедление

350Q 

кг.

Решение

Определяем необходимые прочностные свой-

ства закладки, исходя из условий устойчивости го-

ризонтального и вертикального обнажений и дей-

ствия взрыва на закладку. Необходимая прочность

Таблица 1. Расстояние от концов скважин до

закладки

Прочность

закладки на

одноосное

сжатие, МПа

Расстояние, м

Диаметр скважин, мм

85 65 57

3,0 1,1-1,9 0,9-1,5 0,8-1,3

5,0 0,9-1,4 0,7-1,1 0,6-0,9

7,5 0,7-1,1 0,5-0,9 0,5-0,8

Таблица 2. Величина эквивалентного пролета

обнажения

Угол наклона обнажения,

град.

Расчетные формулы

0-15

...экв экв г

ll

15-45

...

1, 2

экв экв г

ll

45-75

...

0,7

экв экв в

ll

75-90

...экв экв в

ll

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

0,6 0,7 0,8

60 55 50 45 40

., ɦɟɫt

., ɦ

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

ɤɝQ,

Ɇɉɚ

Рис. 4. Номограмма для определения нормативной прочно-

сти закладки на растяжение

закладки на изгиб при толщине монолитного (несу-

щего) слоя в нижней части камеры

.сл

h 

5 м, равна

1, 0

изг





МПа (см. ключ по пунктирной линии на

рис. 1). В случае применения песчано-шлаковой за-

кладки эта прочность соответствует времени тверде-

ния 4,0 месяца (см. там же).

Прочность закладки на сцепление равна

1, 42С 

МПа (см. ключ по пунктирной линии на

рис. 2). В случае применения песчано-шлаковой за-

кладки эта прочность соответствует времени твер-

дения 5 месяцев. Необходимая прочность заклад-

ки на растяжение равна 0,33





МПа (см. ключ

по пунктирной линии на рис. 4). В случае примене-

ния песчано-шлаковой закладки эта прочность соот-

ветствует времени твердения 3,5 месяца. Для высо-

ты выработанного пространства до 120 м и мощности

40m 

м необходимая прочность закладки на сжатие

равна

1,12

сж





МПа, которая соответствует време-

ни твердения до 3,0 месяцев (см. ключ по пунктир-

ной линии на рис. 3).

Таким образом, искусственный массив песчано-

шлакового состава допускает обнажения безопасных

размеров: горизонтальных – в возрасте 4 месяцев (за-

кладка работает на изгиб и сжатие); вертикальных –

в возрасте 5 месяцев (закладка работает на сцепле-

ние, растяжение, сжатие). Может применяться и др

у-

гая твердеющая закладка, обеспечивающая расчет-

ные прочностные характеристики:

1,12

сж





МПа;

1, 00

изг





МПа;

0,33





МПа;

1, 42С 

МПа.

Критической является прочность на сцепление. Нор-

мативная прочность на сжатие,

5,0

сж





МПа (см.

табл. 3).

Результаты внедрения

По результатам многолетних исследований ГП

«УкрНИПИИпромтехнологии» (Желтые Воды), ГП

«НИГРИ» (Кривой Рог), выполненных в 1970–2009 гг.,

а также с учетом передового опыта применения ка-

мерных систем с закладкой на Криворожском и За-

порожском железорудных комбинатах, в других

бассейнах страны и за рубежом в рамках научно-

исследовательской темы (но

мер государственной ре-

гистрации 0105U001957, научный руководитель В.И.

I l%2 ++30#(7%1* ? ( #.0-.03$- ? /0.,;8+%--.12</2010



167

ГОРНОРУДНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

Таблица 4. Составы растворов твердеющей

закладки

Расход компонентов, кг/м

Предел

прочности

на сжатие в

возрасте 6

месяцев, МПа

песок

дробленый

материал

хвосты

ГМЗ

шлак вода

1350 - - 250 400

3,0

750 750 - 200 400

- 800 700 200 400

1300 - - 300 400

5,0

700 750 - 250 400

- 800 650 250 400

Ляшенко) авторами составлена «Инструкция по обо-

снованию безопасных и устойчивых параметров

очистных блоков на шахтах ГП «ВостГОК» (далее

– Инструкция), которая утверждена Министерством

топлива и энергетики Украины. В Инструкции из-

ложены методы расчетов и представлены номограм-

мы по определению безопасных и устойчивых обна-

жений горных и искусственных массивов очистных

блоков, допустимых объемов пуст

от отработанных,

частично погашенных и изолированных выработан-

ных пространств, сейсмобезопасные массы зарядов

и их влияние на безопасное ведение горных работ в

интервале глубин 300–1000 м при отработке урано-

вых месторождений камерными системами разработ-

ки с закладкой выработанного пространства на ура-

новых шахтах Украины. Даны зависимости безопас-

ных и устойчивых параметров очистных б

локов от

горно–геологических и горнотехнических условий,

физико–механических свойств горных пород и ис-

кусственных массивов и времени стояния обнажений

выработанных пространств.

В результате проведения комплекса научно-

исследовательских работ авторами установлен со-

временный технический уровень применяемой си-

стемы разработки, стандартизированы ее элемен-

ты и технологические процессы, составлен комплект

стандартов предприятия «Система разрабо

тки под-

этажными штреками (ортами) с закладкой вырабо-

танного пространства твердеющей смесью. Параме-

тры и размеры», который регламентирует (в зависи-

мости от горно-геологических условий) длину, ши-

рину и высоту камер первой, второй и третьей оче-

редей выемки, их предельно допустимые значения,

с учетом изменения прочностных свойств закладки

при ее тв

ердении и глубины разработки, высоту под-

Таблица 3. Нормативная прочность песчано-шлаковой закладки

Мощность рудного

тела, м

Расчетные показатели

, МПа

Рекомендуемая

нормативная прочность на

сжатие, МПа

.изг



.сж



.р



менее 20 0,66 2,64 0,25 0,30 3,0

более 20 1,05 1,88 0,36 1,46 5,0

этажа и днища блока, расстояние между выпускными

погрузочно-доставочными выработками (дучками) в

зависимости от мощности рудного тела и высоты эта-

жа, форму и размеры поперечных сечений основных

боковых выработок. Технологические параметры си-

стемы разработки: применяемое оборудование, спо-

соб и механизация выпуска руды, порядок отработ-

ки и отбойки камерных запасов, расположение и ди-

амет

р буровых скважин - определены также в зави-

симости от ранее стандартизированных параметров и

размеров камер.

Выводы

1.Отработанные и недозаложенные пустоты

должны быть локализованы от действующих вырабо-

ток защитным сооружением (перемычками), соглас-

но действующих нормативных требований.

2. Толщина бетонной перемычки должна быть не

менее 0,8 м, а породной с расширительной камерой

на уровне кров

ли выработки – не менее 2,0 м.

3. В камерах, где зафиксировано обрушение по-

род должен вестись контроль за напряженным состо-

янием массива. Место установки пункта наблюда-

тельной станции и периодичность наблюдений, с уче-

том состояния горных работ и их развития, определя-

ются проектом на наблюдательную станцию.

Библиографический список

1. Ляшенко В.И., Г

олик В.И. Геомеханический мо-

ниторинг горного массива и целиков при подзем-

ной разработке урановых месторождений // Цвет-

ная металлургия. – 2003.– № 10. – С. 2-7.

2. Борисов А.А. Расчет горного давления в лавах

пологих пластов. – М.: Недра, 1964.

3. Ветров С.В. Допустимые размеры обнажений

горных пород при подземной разработке руд. –

М.: Наука, 1975. – 223 с.

4. Ляшенко В.И. Развитие на

учных основ приро-

до- и ресурсосберегающих технологий подзем-

ной разработки урановых месторождений // Ме-

таллург. и горноруд. пром-сть. – 2003. – № 1. – С.

133-139.

5. Ляшенко В.И., Дудченко А.Х., Ткаченко А.А.

Научно-технические основы природоохранных

технологий подземной разработки урановых ме-

сторождений// Екологія довкілля та безпека жит-

тєдіяльності. - 2008. - № 4. - С. 34-42.

Поступила 02.12.2009

I l%2 ++30#(7%1* ? ( #.0-.03$- ? /0.,;8+%--.12</2010



168

ПРОИЗВОДСТВО ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

УДК 669.2/8.054.79

Кожанов В.А. /к.т.н./, Попов В.А. /к.т.н./, Мушик Е.Е.

ДонНИПИЦМ

Пути повышения конкурентоспособности и эффективности

производства металлопродукции из лома и отходов цветных

металлов

Кожанов В.А., Попов В.А., Мушик Е.Е., 2010 г.

Рациональное использование вторичного металлургического сырья. Использование всех фак-

торов повышения качества продукции при разработке нормативных актов. Табл. 4.

Ключевые слова: конкурентоспособность, эффективность, лом, металлопродукция, отходы

цветных металлов, алюминий, медь, свинец

Rational utilization of secondary metallurgical raw materials and application of all factors of product quality

improvement when working out regulations and standards are covered in the paper.

Keywords: competitiveness, efﬁ ciency, scrap, metal products, nonferrous waste, aluminum, cuprum,

lead

Наука

В Украине из лома и отходов выпускаются спла-

вы на основе алюминия, меди и свинца. За период с

2000 г. снижаются объемы производства алюминие-

вых сплавов, меди и медных сплавов, а свинцовых

– несколько увеличиваются. В связи с наступившим

осенью 2008 г. экономическим кризисом снизилось и

производство свинца и его сплавов (табл. 1).

Основная м

асса выпускаемых сплавов за период

2003-2008 гг. поставляется на экспорт.

Непростая ситуация сложилась на рынке произ-

водства медных сплавов из лома и отходов. Большое

количество лома и отходов чистой меди используют-

ся для производства бронз и латуней, тем самым ис-

ключаются из процесса производства металлопро-

дукции из рафинированной меди.

Как и в

торичный алюминий, экспортируемая

бронза марок ОЦС5-6-5 и ОЦС3-13-4 не соответству-

ет стандартам зарубежных стран и используется в

большинстве случаев не по прямому назначению, а

как шихтовой материал для производства рафиниро-

ванной меди с извлечением олова и свинца. Основ-

ные потребители – медеплавильные заводы. Но самая

большая потеря государства от экспорта этих спла-

во

в заключается в том, что очень часто оцениваются

в них только медь, олово, а цинк и другие металлы не

оплачиваются.

Латуни, поставляемые на экспорт, представлены

прутком марки ЛСД или чушковой латунью с увели-

ченным содержанием примесей, поэтому цена на них

значительно ниже мирового уровня.

Большая часть экспортируемой из Украины брон-

зы в виде чушек или заг

отовок имеет отклонения по

химическому составу как по основным компонентам,

так и по примесям, но тем не менее соответствует

требованиям стандарта ГОСТ 614-97 (примечание 3

табл. 1), который позволяет по согласованию с потре-

бителем производить сплавы с отклонениями, т.е. не

способствует повышению качества металлопродук-

ции. Аналогично и ла

туни, выпускаемые по ГОСТ

1020-97 согласно примечания 4 табл. 1, поставляются

на экспорт с отклонениями.

За последние 5-8 лет в Украине появились пред-

приятия, которые вошли в рейтинг 100-150 ведущих

предприятий Украины. Это современные предприя-

тия с развитой инфраструктурой, высоким уровнем

технологий, с современным технологическим обо-

рудованием и адекватным обеспечением системы

управления качеством продукции. На этих пре

дприя-

тиях выполняется основное направление рациональ-

ного использования вторичного сырья – обеспечение

выпуска из него продукции повышенной готовности,

отвечающей требованиям мировых стандартов.

Впервые в Украине с 1998 г. успешно произво-

дится катодная медь из лома и отходов на предпри-

ятиях СП «Панком-ЮН» (Одесса) с 1998 г., в ООО

«Запорожский завод цветных сплав

ов» и ООО «Кон-

стантиновский завод металлургического оборудо-

вания» с 2005 г. На этих предприятиях выпускают

из лома и отходов медь катодную марок М00, М0,

М1. Общие суммарные мощности составляют около

18 тыс. т в год. Однако одним из эффективных при-

оритетных направлений является разработанная в

ОАО «АЗОЦМ» технология переработки вторично-

го ме

дного сырья на медную катанку с использовани-

ем современного оборудования, включающего шахт-

ную печь непрерывного действия; технологию огне-

вого рафинирования; миксер; разливочное колесо; де-

вятиклетьевой стан непрерывной прокатки.

ОАО «Артемовский завод по обработке цветных

металлов» - уникальное металлургическое предпри-

ятие – флагман цветной металлургии Украины. Про-

дукцию этого завода в виде прессованных труб и

пр

утков, проволоки, контактного провода из меди,

латуни, медной катанки, листов, полос, лент из меди,

латуни и медно-никелевых сплавов, сантехническую

арматуру и товаров бытового назначения знают и це-

нят не только в Украине, но и во многих странах мира.

I l%2 ++30#(7%1* ? ( #.0-.03$- ? /0.,;8+%--.12</2010



169

ПРОИЗВОДСТВО ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

Таблица 2. Структура затрат при производстве металлопродукции из лома и отходов меди и ее сплавов

Изделие, марка сплава

Труба

медная М2-

М3

Труба медная

CuDHP

Пруток

латунный Л63

Лист, плита

латунные

ЛС59-1

Пруток

латунный

ЛС59-1

Катоды

медные

Статьи затрат

Сырье и материалы 72,44 64,3 66,46 47,83 77,47 84,0

Вспомогательные материалы 1,6 1,5 0,94 1,37 1,24

Топливо 1,48 1,5 0,54 0,81 0,69

Электроэнергия 2,65 2,5 1,67 5,65 2,13 3,0

Основная и дополнительная

зарплата

4,19 3,97 4,76 4,93 5,82 5,0

Расходы на содержание и

эксплуатацию оборудования

6,0 7,33 8,69 13,42 4,3 2,0

Прочие 11,64 18,9 16,94 25,99 8,35 6,0

Полная себестоимость 100 100 100 100 100 100

Таблица 1. Производство сплавов в Украине за период 2003-2008 гг.

Сплавы Годы

2003 2004 2005 2006 2007 2008

Производство, тыс. т

Алюминий 135,8 106,3 105,4 102,1 110,0 96,1

Медь 82,5 77,4 87,2 68,0 83,0 81,8

Свинец 40,4 48,0 47,8 50,1 54,9 44,9

Экспорт, тыс. т

Алюминий 97,0 73,3 69,0 56,6 65,0 45,2

Медь 45,4 45,1 54,1 32,0 57,3 27,0

Свинец 15,0 16,2 12,9 10,9 15,0 8,8

В настоящее время это ведущее предприятие цветной

металлургии Украины, выпускающее более 100 ти-

поразмеров полуфабрикатов и изделий из 100 марок

сплавов на основе меди, никеля, цинка и алюминия.

Лом и отходы латуней и бронз целесообразно пе-

рерабатывать на литейные сплавы. Классическими

методами переработки являются производство чушек

и их использование в литейных цехах и, в ре

дких слу-

чаях, приготовленный из лома и отходов жидкий рас-

плав непосредственно заливают в формы или исполь-

зуют для отливки прутков непрерывным методом. Из

латуней и бронз изготовляют отливки литьем в разо-

вые формы, литьем в кокиль, под давлением и дру-

гими специальными методами литья. На предприя-

тиях Украины значительное распро

странение полу-

чил центробежный метод литья крупных и средних

отливок (втулки, корпуса насосов, колеса). Литьем

под давлением производят небольшие отливки сред-

ней сложности: из свинцовистой латуни - водопрово-

дную арматуру (корпуса кранов, камер смешивания

воды, тройники, муфты), из бронзы – штуцерную и

другую сантехническую арматуру.

ООО «Запорожский завод цветных сплавов»

представляет собой современно

е предприятие, выпу-

скающее высококачественные полуфабрикаты и изде-

лия из лома и отходов меди, медных и алюминиевых

сплавов. Номенклатура готовой продукции включа-

ет медь катодную, медный и алюминиевый гранулят,

втулки подшипников для железнодорожного транс-

порта, медную катанку, электротехническую прово-

локу, кабельно-проводниковую продукцию. На заво-

де используют современные технологические линии

по произв

одству многожильных кабелей, высокока-

чественных отливок в газифицированных фермах из

алюминиевых сплавов и др.

Складывается парадоксальная ситуация: для за-

водов Украины выгодно поставлять на экспорт под-

готовительные сплавы, так как высокое содержание

в них примесей упрощает работу по шихтовке и от-

меняет жесткие требования к технологическим про-

цессам, которые в то

же время увеличивают потери

от экспортных поставок на 10-15 % за каждую тонну

или 120-200 долл., чем наносится ущерб государству.

По нашему мнению, на рынке вторичных цвет-

ных металлов Украины для эффективной переработ-

ки медного и алюминиевого сырья с соблюдением до-

бросовестной конкуренции достаточно 18-20 передо-

вых предприятий, имеющие современные замкнутые

технологические линии и систему управ

ления каче-

ством выпускаемой конкурентоспособной продук-

ции, для внешнего и внутреннего рынков.

В табл. 2 представлена структура затрат по произ-

водству металлопродукции из лома и отходов меди и

ее сплавов. Ограниченность применения вторичных

алюминиевых сплавов обусловлена низким их каче-

ством.

Сложившаяся на рынке Украины ситуация по пе-

реработке лома и отходов цв

етных металлов не спо-

собствует главной генеральной задаче во вторичной

цветной металлургии, а именно: организации выпу-

ска из них высококачественной продукции, прежде

всего для удовлетворения потребности внутренне-

го рынка, а также для поставки на экспорт. Многие

предприятия не имеют современного оборудования

и не могут обеспечить требований, предъявляемых к

сплавам, предназначенным для о

тливок.

I l%2 ++30#(7%1* ? ( #.0-.03$- ? /0.,;8+%--.12</2010



170

ПРОИЗВОДСТВО ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

В настоящее время в Европейских странах основ-

ная масса продукции из лома и отходов производится

на предприятиях мощностью более 20 тыс. т сплавов

в год, что объясняется, в первую очередь, эффектив-

ностью применения на этих предприятиях мобильно-

го шихтоподготовительного оборудования и плавиль-

ных агрегатов, которые не могут быть использованы

на мелких предприятиях ввиду крайне низк

ой загруз-

ки. Например, для дробления смешанного и сложного

алюминиевого лома применяются линии с дробилка-

ми высокой мощности, которые окупаются при пере-

работке не менее 10 тыс. т лома в год. Как отмечалось

ранее, для получения однородной партии потребитель

требует поставки партиями не менее 20, реже 10 т.

Последнее требование не может быть выпо

лнено в

плавильных агрегатах с вместимостью ванны от 0,25

до 10 т. Большая часть специализированных метал-

лургических предприятий, занимающихся металлур-

гической переработкой лома и отходов, имеют обору-

дование вместимостью менее 10 т, а разливочное обо-

рудование примитивное.

Оптимальная мощность заводов определяется

также применяемыми средствами механизации про-

цессов подготовки сырья, его загрузки в плавильные

агрега

ты, рафинирования и разливки, а также герме-

тичной локализации, удаления и очистки образую-

щихся агрессивных газов, в конечном счете, высокой

культурой и производительностью труда.

В Германии при годовом объеме производства

вторичных алюминиевых сплавов 575 тыс. т исполь-

зуется для металлургической переработки всего 23

предприятия, из которых 12 мощностью 20 тыс. т/год.

Япония произв

одит 1 млн. т/год на 75 предприяти-

ях, в т.ч. 30 – от 20 до 100 тыс. т/год. США произво-

дят 1,5 млн. т/год на 34 предприятиях, в т.ч. 15 – от

20 до 100 тыс. т/год. На этом фоне довольно интерес-

ное положение в Украине, где примерно 110 тыс. т в

год алюминиевых сплавов производится более чем на

70 пре

дприятиях. О каком качестве продукции может

идти речь при такой организации металлургического

производства во вторичной цветной металлургии на-

шей страны.

В европейских странах основная масса металла

производится во вращающихся барабанных печах с

применением жидких солевых флюсов. Как правило,

произведенные сплавы соответствуют стандартам и

используются для производства отливок для ав

томо-

бильной, тракторной и других отраслей машиностро-

ительной промышленности.

Как известно, конкурентоспособность продукции

вторичной цветной металлургии определяется нор-

мативными, техническими и экономическими пара-

метрами. Применительно ко вторичным алюминие-

вым сплавам основными характеристиками, опреде-

ляющими их конкурентоспособность являются:

1. Соответствие по химическому составу одному

из аналогов: США – А380-1; Европа – DIN 226; Япо-

ния – ФВС – 12.

2. Миним

альное содержание газовых и неметал-

лических включений.

3. Стабильность физико-механических свойств.

4. Однородность по химическому составу всей

партии сплавов (не менее 10 т).

5. Отсутствие на чушках дефектов поверхности и

окисных включений.

6. Стабильность размера микро- и макрозерен.

7. Упаковка готовой продукции.

Для сравнения характеристик в табл. 3 представ-

Таблица 3. Химический состав алюминиевых сплавов

Сплавы

страны

Содержание элементов Механические свойства Выпуск

литей-

ных алю-

миниевых

сплавов

из лома и

отходов,

Cu Si Mg Zn Fe Mn Ni Sn Ti Pb

сумма

при-

месей

проч-

ность

σв2

МПа

относи-

тельное

удлине-

ние δ, %

твер-

дость

НВ,

МПа

Сплавы базовые для отливок

АДС12

Япония

1,5-

3,5

9,6-

12,0

0,3 1,0 0,9 0,9 0,5 0,3 - - - 260 1,2 1000 60

ДИН226

Европа

2,0-

3,5

8,0-

11,0

0,3 1,2 1,2 0,1-0,5 0,3 0,1 0,15 0,2 - 270 2 1000 60

А380-1

США

3,0-

4,0

7,5-

9,5

0,1 2,9 1,0 0,5 0,5 0,35 - - - 280 1,5 1000 50

Сплавы ДСТУ 2839-94(ГОСТ 1583-93)

АК5М2

1,5-

3,5

4,0-

6,0

0,2-

0,85

1,5

1,0 0,2-0,8 0,5 -

0,05-

0,20

- 2,8 206 1 600 60

АК5М4

3,0-

5,0

3,5-

6,0

0,25-

0,55

1,5 1,0 0,2-0,6 0,5 -

0,05-

0,20

- 2,8 196 0,5 900 4

АК9М2

0,5-

2,0

7,5-

10,0

0,25-

0,85

1,2 0,0 0,1-0,4 0,5 -

0,05-

0,20

0,15 2,5 274 1,5 850 2

АК8М3

2,0-

4,5

7,5-

10,0

0,25-

0,50

1,2 1,3 - 0,5 - - 0,15 4,1 216 1,0 900 1

АК7 1,5

6,0-

8,0

0,20-

0,55

0,5 1,0 0,2-0,6 0,3 - - - 3,0 196 2,0 750 25