Исследование прочности породо-бетонной закладки при раздельном способе формирования

Для устранения подобных ситуаций, обеспечения бесперебойной работы, построения оптимальных маршрутов движения необходима качественная, достоверная, оперативная информация на любом уровне управления каждым самосвалом, агрегатом, предприятием в целом.

8. Говоря о проблемах, возникающих в процессе внедрения в деятельность горнодобывающих предприятий технологии «Интеллектуальный карьер», необходимо сказать о том, что нужно помнить о зависимости производительности и сохранения эксплуатационных характеристик беспилотного оборудования от прочности добываемых пород (гипс, известняк, уголь), а также климатических условий деятельности. Вышеназванные обстоятельства с разной степенью воздействуют на механизмы, поэтому следует для повышения эффективности применяемой техники заранее продумывать планы устранения простоев комбайнов и погрузчиков во время ремонтов беспилотных самосвалов, в период их замены, а также простои их под загрузкой [6, с. 138].

Обобщая, можно сказать, что на горнодобывающих предприятиях внедрение технологии «Интеллектуальный карьер» связано с модернизацией и переориентированием производства, внедрением инновационных технологий, поиском современных форм работы с персоналом, осуществлением целей и задач управления кадрами через проведение эффективной кадровой политики [2]. А устранение названных в статье проблем, связанных с повышением эффективно-

сти управления производством, построением оптимальных маршрутов движения техники, прогнозированием и планированием ремонта техники, а также повышением квалификации и проведением качественного обучения сотрудников будет способствовать тому, что первый в Российской Федерации проект по созданию роботизированной технологии добычи полезных ископаемых позволит проводить горнодобывающую деятельность с использованием дистанционно управляемой и автономной горной техники без непосредственного участия человека и обеспечит [4]:

• достижение максимальной производительности;

• значительное увеличение эффективности горных работ;

• осуществление безопасной и эффективной добычи в тяжелых климатических условиях и труднодоступных регионах;

• улучшение производственной безопасности и охраны труда;

• устранение проблемы дефицита высококвалифицированного персонала;

• перевод процесса горной добычи полезных ископаемых на высокий уровень автоматизации;

• возможность построения системы на самых распространенных типах техники в России и СНГ

Статья поступила 15.09.2014 г.

Библиографический список

1. Вайно А.Э., Кобяков А.А., Сараев В.Н. Упреждающее управление сложными системами // Вестник экономической интеграции. 2011. № 11. С. 7-12.

2. Голков А.С. Модернизация экономики России: необходимость, сущность, направления // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2010. № 8. С. 113-116.

3. Красная А.С. Особенности стратегического управления предприятиями горного передела в структуре горнометаллургических компаний // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2012. № 1. С. 370-374.

4. Назаренко М.В. Автоматизированная система управления горными работами современного предприятия // Маркшейдерский вестник. 2009. № 5. С. 30-37.

5. Наука и инновационные разработки - Северу: сборник тезисов докладов Международной научно-практической конференции. М.: Изд-во «Перо», 2014. 298 с.

6. Трубецкой К.Н., Кулешов А.А., Клебанов А.Ф., Владимиров Д.Я. Современные системы управления горнотранспортными комплексами. СПб.: Наука, 2007. 138 с.

УДК 622.273.212

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ ПОРОДО-БЕТОННОЙ ЗАКЛАДКИ ПРИ РАЗДЕЛЬНОМ СПОСОБЕ ФОРМИРОВАНИЯ

© В.В. Медведев1, В.В. Пакулов2

Забайкальский государственный университет, 672039, Россия, г. Чита, ул. Александро-Заводская, 30.

Рассмотрена технология формирования закладочного массива при камерных системах разработки раздельным способом с подачей крупнокускового заполнителя в вяжущий раствор. Приведены исследования прочности образцов породо-бетонной закладки при различном объеме заполнения, а также при различном составе литой закладочной смеси и плотности твердеющего раствора. Выведены нелинейные корреляционные зависимости

1Медведев Валерий Васильевич, кандидат технических наук, доцент кафедры подземной разработки месторождений полезных ископаемых, тел.: 89243744714, e-mail: medvedevvv1963@mail.ru

Medvedev Valery, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Underground Mining of Mineral Deposits, tel.: 89243744714, e-mail: medvedevvv1963@mail.ru

2Пакулов Владимир Васильевич, кандидат технических наук, тел.: 89144389660, e-mail: Vladimir_0803@mail.ru Pakulov Vladimir, Candidate of technical sciences, tel.: 89144389660, e-mail: Vladimir_0803@mail.ru

прочности породо-бетонной закладки от полноты объема заполнения образцов породой и изменения содержания цемента в растворе. Ил. 5. Библиогр. 10 назв.

Ключевые слова: закладка; технология изготовления; камера; прочность закладки; содержание цемента.

STUDY OF ROCK-CONCRETE BACKFILL STRENGTH UNDER SEPARATE FORMATION METHOD V.V. Medvedev, V.V. Pakulov

Transbaikal State University, 30 Aleksandro-Zavodskaya St, Chita, 672039, Russia.

The article considers the technology of filling mass formation under room-and-pillar system of mining by a separate method of feeding coarse filler in a binder mortar. It studies the strength of rock-concrete backfill samples under various volumes of filling as well as at various composition of cast backfill mixture and density of hardening solution. The authors obtain nonlinear correlation dependences of rock-concrete backfill strength on the completeness of sample volume filling with rock and changes of cement content in solution. 5 figures. 10 sources.

Key words: backfill; manufacturing techniques; room; backfill strength; cement content.

Отечественный и зарубежный опыт отработки мощных и средней мощности месторождений показывает довольно устойчивую тенденцию к увеличению объемов добычи камерными системами преимущественно с отбойкой из подэтажных выработок с закладкой выработанного пространства [1, 2, 3, 4, 6]. Понижение горных работ вызывает повышенные требования к прочности закладываемых массивов, что приводит к применению твердеющей закладки, затраты на которую достигают 30-40% себестоимости добычи [2, 3].

Применительно к камерным системам эффективной является твердеющая закладка, где в качестве заполнителя используется кусковая порода из отвалов от проходки выработок или очистной выемки. Однако известные способы формирования породо-бетонной закладки отличаются повышенными затратами, связанными с необходимостью дополнительного дробления, а также недостаточной прочностью искусственного массива [3, 4, 5].

Перспективным направлением для камерных систем с закладкой является применение раздельного способа формирования закладочного массива из по-родо-бетонной закладки путем подачи породы в твердеющий раствор, позволяющий уменьшить стоимость работ и повысить прочность искусственного массива без дополнительного дробления [5, 10]. Исследования по обоснованию технологии создания искусственного массива являются актуальными, так как до сих пор практически не проводились.

При этом способе: в одной технологической линии происходит приготовление литой твердеющей смеси и транспортирование ее по трубам до выработанного пространства, а в другой - при необходимости - подготовка (дробление породы до необходимой фракции) и транспортирование заполнителя пневматическим, конвейерным или машинным способом (рис. 1). Смешивание материалов выполняют при сбрасывании их в выработанное пространство или непосредственно в заполняемой камере [5, 7, 8].

Рис. 1. Принципиальная схема закладочного комплекса для раздельной машинной технологии: 1 - силосы; 2 - смеситель непрерывного действия; 3 - ПГС; 4 - трубопровод; 5 - бункер-накопитель (породоспуск);

6 - опрокидыватель; 7 - отработанная камера

Для изучения общих закономерностей образования породо-бетонного закладочного массива погружением инертного наполнителя в вяжущий раствор и исследования прочности создаваемого массива поро-до-бетонной закладки с соблюдением основных критериев подобия, авторами был проведен ряд экспериментов по определению прочности закладки на одноосное сжатие.

Изыскания разделялись по своей сущности на две группы опытов:

1) исследование прочности образцов породо-бетонной закладки при различном составе твердеющего раствора и объеме заполнения его породой;

2) исследование прочности образцов породо-бетонной закладки при различном составе и плотности твердеющего раствора.

Исследования прочности образцов закладки для различного состава твердеющего раствора и объема заполнения его породой проводили при плотности цементных растворов 1,3; 1,44; 1,69; 1,82 т/м3 с коэффициентом заполнения образца породой Кзап = 0; 0,3; 0,6; 1,0 (Узап = 0; 25; 32; 52%) наполнителя. Образцы размером 150x150x150 мм подвергали сжатию в возрасте 28 суток.

По результатам изыскания с применением программы «Согге1ау» построены графики зависимости прочности закладки от полноты заполнения образцов породой (рис. 2) [9].

Анализ результатов эксперимента показывает, что при применении цементных растворов малой плотности прочность образцов на сжатие падает с увеличе-

нием объема их заполнения породой, так как прочность закладки намного меньше прочности кусков породы, которые под давлением разрушают связывающий их слой. Выход камня у инъекционных растворов при содержании цемента 439-645 кг/м3, имеющих срок схватывания до 9 часов, достигает 38-60%, а прочность породо-бетонной закладки не поднимается выше 2,4 МПа.

Использование твердеющих растворов на базе цементно-песчаных составов плотностью более 1,75 т/м3 показывает устойчивое повышение прочности образцов на сжатие при увеличении объема их заполнения породой, с выходом камня до 96%. Прочность породо-бетонной закладки зависит от содержания цемента и песчаного заполнителя в литой твердеющей смеси. Срок схватывания раствора в зависимости от водо-цементного содержания не превышает 2,5 часа.

После обработки результатов исследований была получена нелинейная корреляционная зависимость прочности породо-бетонной закладки от полноты объема заполнения образцов породой, которая описывается формулой с коэффициентом корреляции от 0,85 до 0,9:

а = А + В V + С V

асж А + В у пор + С у пор

где А, В, С - коэффициенты, зависящие от состава литой смеси и свойств породной закладки; У„ор - объем заполнения образца кусками породы, %.

Рис. 2. Графики зависимости прочности закладки от полноты объема заполнения образцов породой: 1 - цементный раствор плотностью 1,30 т/м3, выход камня 38%, схватывание 9,75 ч; 2 - цементный раствор

плотностью 1,44 т/мз, выход камня 60%, схватывание 9,0 ч; 3 - цементно-песчаный раствор плотностью 1,69 т/мз, выход камня 96%, схватывание 2,5 ч; 4 - цементно-песчаный раствор плотностью 1,82 т/мз, выход

камня 94%, схватывание 1,6 ч

Исследование прочности образцов породо-бетонной закладки для различного состава и плотности твердеющего раствора проводили при плотности цементного раствора 1,38 т/м3 и цементно-песчаного раствора 1,8 т/м3 с полным заполнением образцов породой. Образцы размером 150x150x150 мм подвергали сжатию в возрасте 28 суток.

Состояние образцов породо-бетонной закладки после опытов при различной прочности на сжатие с коэффициентом заполнения образцов породой Кзап = 1,0 (Узап = 52%) заполнителем показаны на фотографиях (рис. 3 и 4). Фотографирование производилось после сжатия образцов на площадке пресса и при развале образца по трещинам, возникшим после разрушения.

По результатам исследований с применением программы «Согге1ау» построены графики зависимости прочности закладки от состава литой твердеющей смеси (рис. 5) [9].

Анализ результатов эксперимента показывает, что применение цементно-песчаных литых растворов увеличивает прочность породо-бетонной закладки в 2 раза по сравнению с цементными растворами с тем же содержанием цемента, при повышении выхода искусственного камня. В то же время увеличение плотности цементно-песчаного раствора повышением содержания песчано-гравийного заполнителя в литой смеси увеличивает прочность породо-бетонной закладки и уменьшает расход цемента.

После обработки результатов исследований авторами получена нелинейная корреляционная зависимость прочности породо-бетонной закладки от изменения содержания цемента в растворе при полном заполнении образца породой, которая описывается формулой с коэффициентом корреляции 0,85:

= А + В  Ц + С  Ц2

где А, В, С - коэффициенты, зависящие от состава литой смеси и свойств породы; Ц - содержание цемента в растворе литой закладки, кг/м3.

Анализ полученных экспериментальных данных показывает, что применение породо-бетонной закладки с расходом цемента 439-645 кг/м3 на базе инъекционных цементных растворов не целесообразно в связи с низким выходом искусственного камня (38-60%), невысокой прочностью искусственного массива (1,332,38 МПа) и высокими затратами на цемент. Дальнейшее повышение расхода цемента до 1250 кг/м при максимальном выходе камня 95% увеличивает прочность закладочного массива до 3,8 кг/м3, существенно при этом повышая стоимость закладки.

Прочность образцов породо-бетонной закладки на цементных растворах малой плотности с небольшим содержанием вяжущего падает с увеличением объема их заполнения породой, так как прочность затвердевшего раствора меньше прочности породы.

а)

б)

Рис. 3. Образец породо-бетонной закладки при Ц:П:В=1:5:2,15, осж=2,05 МПа: а - после разрушения; б - после разборки образца

а)

б)

Рис. 4. Образец породо-бетонной закладки при Ц:П:В=1:1:0,72, осж=5,56 МПа: а - после разрушения; б - после разборки образца

540 720 900

Содержание цемента в 1 м3 смеси, Ц кг/м*

Рис. 5. Графики зависимости прочности различных составов закладки от изменения содержания цемента в растворе: 1 - цементный раствор плотностью 1,35 т/м3; 2 - цементно-песчаный раствор плотностью 1,8 т/м3

Породо-бетонная закладка на основе цементно-песчаных растворов позволяет достичь прочности искусственного массива от 1,0 до 6,0 МПа при меньшем расходе цемента (100-700 кг/м3), с плотностью раствора 1,75 т/м3 и более. Недостатком цементно-песчаных растворов является их небольшой срок схватывания: 1,6-2,5 часа.

По результатам проведенных исследований можно сделать вывод, что для закладочной смеси породо-бетонной закладки раздельного способа формирова-

ния закладочного массива путем подачи породы в твердеющий раствор эффективно применение литых твердеющих растворов на базе цементно-песчаных составов при содержании цемента 100-320 кг/м3, в зависимости от необходимой прочности закладки. При этом прочность образцов закладки в цементно-песчаных растворах при плотности выше 1,75 т/м3 возрастает с увеличением объема их заполнения породой.

Статья поступила 22.09.2014 г.

Библиографический список

1. Вертячих К.С., Хакуре А.М. Аспекты применения закладки в зарубежной и отечественной практике подземной разработке руд // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2002. № 7. С. 88-92.

2. Дьяковский В.Б., Светлаков К.Н., Солдатова О.М., Попова Э.М. и др. Совершенствование закладочных работ в новых экономических условиях // Горный журнал. 2о0о. № 1. С. 26-28.

3. Коновалов А.П. Аршавский В.В., Хуцишвили В.И., Сорокина Л.Н., Анфиногеев С.В. Закладочные работы на подземных рудниках и перспективы их совершенствования // Горный журнал. 2001. № 7. С. 3-7.

4. Лизункин В.М., Медведев В.В. Породо-бетонная закладка как фактор снижения себестоимости добычи и повышения экологической безопасности при выемке богатых урановых руд камерно-целиковами системами разработки // Вестник Читинского государственного университета. 2002. Вып. 26. С. 130-133.

5. Медведев В.В. Обоснование эффективной технологии формирования породо-бетонной закладки при камерных

системах разработки: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Чита, 2009. 19 с.

6. Медведев В.В. Повышение эффективности закладочных работ при камерных системах разработки // Отдельный выпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня. 2007. Вып. 4. С. 80-84.

7. Медведев В.В. Подбор составов твердеющей породо-бетонной смеси для закладки подземных камер: материалы XI Международной научно-практической конференции «Ку-лагинские чтения». Чита, 2011. Ч. 3. С. 50-52.

8. Медведев В.В., Пакулов В.В. Совершенствование технологии закладочных работ при камерных системах разработки с закладкой // Вестник Забайкальского государственного университета. 2013. Вып. 10 (101). С. 25-31.

9. Смолич С.В. Программа «Correlаy» для построения регрессионных кривых. Чита, 1998. 128 с.

10. А. с. 1469184 СССР, МКИ Е2Ш5/0. Способ закладки выработанного пространства / Варсанова Г.В., Варсанов А.П. № 4122080/23-03; заявл. 08.07.86; опубл. 30.03.89. Бюл. № 12. 2 с.: ил.