RU2089732C1 - Method of burial of harmful wastes in fill of worked-out space of u underground mine workings - Google Patents

Abstract

FIELD: environment control. SUBSTANCE: the offered method includes separation of waste into slime, its accumulation, preparation of obtained materials in form of briquettes in cementing mixture, lowering to mine, delivery to filled working-out space, and placing into rock mass. In so doing, harmful wastes are mixed with plastic mineral (clay, loam) and briquetted. Then, briquettes are mixed with finely divided ash-slag mixture, and granules of hydrated solidification are formed which are introduced in flow of slag-ash composition with foam suspension and convoyed through pipes to filling mass. To increase strength of granules and acceleration of granule hardening, they are dried for 15-30 min. Besides, filling mixture and foam concrete with briquettes are supplied to working alternately with time interval of I to 7 days after supply of foam concretes. Quantities of water in filling mix is limited by volume required for addition to binding agent. Size of briquettes and granules is taken in compliance with the method of their delivery by pipes. EFFECT: higher efficiency. 4 cl, 1 dwg

Description

Способ захоронения вредных отходов в закладке подземных выработок. The method of burial of hazardous waste in the laying of underground workings.

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. The present invention relates to mining and metallurgy, mainly to the field of laying out the developed space and the use of waste from mining and metallurgical production. It can be used in mining, metallurgy, chemical, construction and other related industries in order to improve the environmental situation through the use of production waste and its disposal.

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). A known method of hydropneumatic laying of the mined-out space, including the preparation of a hardening filling material from production waste in the form of briquettes, feeding them through the filling pipe in an air mixture and dispersed air, and erecting filling blocks from the briquettes (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. The disadvantages of this method are: the lack of isolation of hazardous waste from contact with the aquatic environment in the stream and the backfill array, the observation of waterproof conditions for minerals that can dissolve in water; possible waste losses in the water drainage in the form of degradation products of briquettes during movement in the pipeline; the availability of hazardous waste in case of under-laying of workings.

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). There is also known a method of landfill waste mining and processing production (prototype), including the preparation of production waste (tailings) in the form of dehydrated sludge, mixing them with a solvent and an oxidizing agent, granulating the mixture and feeding them through the pipeline to create a filling array. In order to prevent spontaneous leaching by groundwater, the walls of the mine are pre-treated with a waterproofing coating. The fixation of buried substances is achieved during granulation by drying and prolonged aging of the granules at the burial place in the presence of a binder in them (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). The disadvantages of this method can be considered: insufficient water resistance, since the granules do not have a protective coating, are placed in the filling array as bulk material; underexposed availability and array shrinkage; loss of mineral matter due to degradation of the granules during their movement in the pipeline and dispersion of the products of destruction in the air; increased consumption of cement or another type of binder to ensure the plasticity properties of the mixture during granulation. Based on the method, conditions cannot be created for creating “burial grounds” in the stowage array for the disposal of hazardous waste similar to those created on the surface of the earth (with a full guarantee of inaccessibility for dispersing them in water, air and surrounding rocks).

Цель предложения заключается в исключении использования земли под могильники, снижении расхода цемента и кондиционных материалов. The purpose of the proposal is to eliminate the use of land for burial sites, reducing the consumption of cement and air-conditioning materials.

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. This goal is achieved by the fact that in the known method for the disposal of hazardous waste in the laying of underground workings, including the allocation of waste into the sludge, its accumulation, preparation in the form of briquettes in the hardening mixture, descent, delivery to the laid workings and laying in an array, the harmful waste is mixed with plastic mineral mass (clay, loam, etc.) and briquetted, then the briquettes are mixed with a finely dispersed ash-slag mixture and form granules of hydration hardening, which are introduced into the stream of slag-ash composition with foamy suspension and delivered through pipes to the filling array.

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. At the same time, cement is used to activate a complex binder in granules and suspensions, plasticizers are added to increase the plasticity of foam concrete, and to dry the briquettes and accelerate the hardening of the granules, drying them for 15-30 minutes.

Кроме того, закладочную смесь и пенобетон с брикетами (гранулами) подают в выработку попеременно с паузой от 1 до 7 суток после подачи пенобетонов. In addition, the filling mixture and foam concrete with briquettes (granules) are fed into the excavation alternately with a pause of 1 to 7 days after the supply of foam concrete.

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. In this case, the amount of water in the filling mixture is limited by the volume required for mixing the binder, and the size of the briquettes and granules is set in accordance with the method of their delivery through pipes.

Пример осуществления способа. An example implementation of the method.

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. We illustrate the use of the proposal for the conditions of the NGO Dzhezkazgantsvetmet. The association’s metallurgical plant requires the annual disposal of 500 tons of arsenic waste, harmful to the environment of humans and wildlife, vegetation. With continuous operation, the plant may have about 1.4 tons of waste daily.

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.The scheme of the method is presented in the drawing. Each cycle of the pellet preparation process at the plant is determined from the need to load one dump truck with a carrying capacity of 27 tons. When using clay or loam as a plastic material with a moisture content of 4% by weight, it will be necessary to briquet the waste in the form of an arsenic solution (at a moisture content of the mixture 19-20% by weight ): 2.8 tons of waste for a cycle and a plastic mass of 6.5 m ³ . The solution is pumped by pump 2 to the mixer 3, where loam is fed from the feed hopper 4 through a screw conveyor 5 that destroys dry lumps. Loam is sent by conveyor 6 to the bunker warehouse as it is fed by dump truck 7. From a clay mixer 3, a mixture with a density of up to 2300 kg / m ³ with a liquid content of about 460 kg / m ^{3 is} sent to a roller briquette press 14. If necessary, the briquettes are dried on conveyor 15 under air with an umbrella 16 and transfer the elevator 17 to the granulator 18. At the same time, ash and granulated slag are accumulated and conveyed via conveyor 9 in hoppers 8, if they come from the hydraulic slag ash removal process, to mill 10. When dry grinding, ash and slag components are transferred by feeder 12 to the accumulator l 13. The same components are transferred from the mill to the mixer 11, where cement is introduced for activation. With a water-cement ratio of 0.4-0.7, a complex binder enters the granulator 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.In the process of granulation, a hardening accelerator is introduced into the binder, if necessary, or granules are dried for 15-30 minutes in storage cassettes and storage hopper 19. According to experiments in Giprotsvetmet, the strength of the layers of granules with a diameter of 15 mm at the exit from the granulator is 1-3 n / cm ² , and when dried with a temperature of 120 ^o C for 10-20 minutes, their strength increases by 1.5-3 times (the latter in the presence of a binder). The strength of loam briquettes at a press pressure of ≥ 6 MPa in compression reaches about 1.0-1.3 MPa. With briquette sizes in the range of 10-15 mm, granules with a size of 20 mm will be obtained (by adjusting the speed of rotation of the plate). Granules after coating them with a hydration hardening shell with a thickness of 5-8 mm acquire, after special processing, sufficient strength to accumulate them in the hopper 19, where heated air is continuously supplied. To the mass in a volume of about 9 m ³ briquettes add the mass of hydration ash and slag cement shell in a volume of up to 3.5 m ³ . The total weight of waste prepared in 1 cycle of granules is about 16.5 tons and is transported by road 20 to the mine.

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.At the filling complex (3 k) through the funnel 21, feeder 22, elevator 23 and estrus 24 waste in the hopper 26, from where they are sent to the mixer 29. The components of the composite binder are fed from the hoppers 25 through the activator 27. In the mixer 29 granules, the binder and foam slurry from the system 28 form a foam concrete mixture, which is pumped by the concrete pump 30 into the filling pipeline 34. Here, in the bunkers 31, the components of the binder are accumulated in the form of wear ash, lime, etc. for maintenance and the head concrete pump station 3K, for which preparation m low-quality concrete with the amount of water in the range of 14-18% of the total weight of the mixture. The pumping station 3K, designed to supply the mixture in accordance with the requirements of production, is turned off at the time of the supply of waste for disposal. Feeders 32 pneumatic pipeline 33 serve both installations; 35-conduit. In foam concrete, the waste granules occupy about 40% by weight. The pump 30 is assigned to it based on the throughput of the filling pipeline. In this case, it is possible to use a concrete pump for supplying up to 25 m ³ / h of mixture, which will require, with preparatory and final operations, the use of a filling pipeline for 2 hours for the volume of waste disposal for 1 cycle (two days). According to the MII, the strength of foam concrete for large-pore concrete based on ash gravel reaches 1-7 days with the composition: ash: cement = 85: 15, B: C = 0.48, limits 0.35-2.19 MPa.

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. In turn, a shell of hardening low-quality concrete is created around a portion of foam concrete with granules, the strength of which with an optimal amount of water, even on cement substitutes, will be at least 4 MPa. The presence of 3 shells of hardening materials (in the absence of circulation in the body of water from the mixture) and the described technology provide water resistance, complete isolation and inaccessibility of hazardous waste to enter the environment.

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. This method in comparison with the known method of landfill in landfills on the earth's surface provides the following advantages: it does not require land allotment and supervision of the concrete pit; dramatically reduces the cost of concrete work, since it does not require protective coatings of the pit with waterproof and high-strength shells; goes well with backfill technology; when using redeemable workings for burial, it excludes access to the burial place; allows the use of binder substitutes with cement saving of at least 12,000 kg per 1 ton of waste, sand and gravel.

Claims (4)

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. 1. A method for the disposal of hazardous waste in the laying of underground workings, including processing waste into the slurry, accumulating it, briquetting, delivering it to the stowing excavations and laying it in an array, characterized in that the slurry is mixed with plastic mineral mass before briquetting, the briquettes are processed on a granulator in ash -slag mixture with the formation of granules of hydration hardening, which are introduced into the slag-ash foam suspension for delivery through pipes to the backfill workings and put into the waste mass in the form of foam concrete frit granules and suspensions alternately with backfill mixture. 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. 2. The method according to claim 1, characterized in that cement is used to activate the binder in the mixture of the granulator and slurry, plasticizers are added to increase the plasticity of the foam concrete mixture, and to increase the strength and hardening of the granules, they are dried for 15-30 minutes or an accelerator is added hardening in a granulator mixture. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что закладочную смесь укладывают в массив через 1 7 суток после укладки пенобетонной смеси. 3. The method according to PP.1 and 2, characterized in that the filling mixture is placed in the array after 1 7 days after laying the foam concrete mixture. 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. 4. The method according to PP.1 and 2, characterized in that the amount of water in the filling mixture is taken in the amount required for mixing the binder, and the granules form a particle size of less than 1/3 of the diameter of the pipes.