СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ ЗАКЛАДОЧНОГО МАССИВА
BACKFILLING MASS ERECTION METHOD

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной разработке месторождений полезных ископаемых системами с закладкой выработанного пространства при формировании закладочного массива. Преимущественно способ может быть использован при разработке месторождений криолитозоны.
Известен способ возведения льдопородной закладки в горной выработке (патент РФ №2150586, опубл. 10.06.2000 г.), включающий сооружение водоупорной перемычки у конца выработки, возведение закладочного массива послойным размещением в выработке охлажденного на дневной поверхности закладочного материала и дозированной подачей воды на поверхность слоя, отличающийся тем, что в состав закладочного материала вводят разрыхленный искусственный лед (фирн), образованный пропусканием распыленной воды через среду охлажденного воздуха и объем которого соизмерим с объемом пустот между кусками закладочного материала, промораживание массива осуществляют с поверхности слоя холодным воздухом, движение которого вдоль выработки регулируют с помощью перегородки, расположенной у одного из бортов выработки и длину которой уменьшают по мере возведения закладочного массива, при этом мощность слоя принимают из условия замерзания у его основания воды, просачивающейся в процессе ее подачи на поверхность закладочного слоя, т.е. в пределах от 0,5 до 1 м при изменении температуры подаваемого воздуха от (-10) до (-40)°C.
Недостатком данного способа является сложность и трудоемкость работ по охлаждению на дневной поверхности закладочного материала и равномерное распределение по объему введенного в состав закладки разрыхленного искусственного льда (фирна), которое определяет прочность закладочного массива.
Известен способ возведения закладочного массива в условиях вечной мерзлоты (патент РФ №2009329, опубл. 15.03.1994 г.), включающий укладку в выработанном пространстве смеси талых грунтов с водой слоями с размещением между ними компенсирующих слоев из грунтов с весовой влажностью 5-15% и мощностью, определяемой в зависимости от высоты массива и физических параметров укладываемых материалов.
Недостатком данного способа является сложность техники возведения закладочного массива, заключающаяся в необходимости доведения грунтов до таяния, а затем до полного насыщения водой.
Известен также способ возведения искусственного льдопородного целика (авторское свидетельство СССР №1544989, опубл. 23.02.1990 г.), включающий смешивание пустой дробленой породы с дробленым льдом и заполнение выработанного пространства образованной льдопородной смесью с последующим ее уплотнением внешней нагрузкой. При смешивании пустой породы со льдом количество льда по объему берут равным объему внешних пустот, содержащихся в поступающей на смешивание пустой породе, а уплотнение льдопородной смеси производят при давлении 0,4-0,7 МПа.
Недостатком известного технического решения является низкая прочность возведенного льдопородного целика за счет использования большого количества льда и трудоемкость возведения.
Известен способ укладки в выработанное пространство закладочного материала (патент РФ №2203426, опубл. 27.04.2003 г.), включающий подачу дробленой горной породы в выработанное пространство, укладку ее с образованием заложенного массива, установку в последнем инъекторов и инъектирование твердеющего раствора, который при температуре ниже 0°C является мерзлым глинистым, либо мерзлым песчано-глинистым, либо мерзлым зольным, либо мерзлым раствором илового шлама обогатительной фабрики, в поры заложенного массива, отличающийся тем, что используют закладочный материал, который в качестве дробленой горной породы содержит дробленую скальную породу с гранулометрическим составом, обеспечивающим после ее вибрационной укладки образование заложенного массива с пористостью 7-15%, а одновременно с укладкой в выработанное пространство дробленой скальной породы в части его объема осуществляют равномерно распределенное вибрационное воздействие, посредством которого укладывают ее с максимально возможным коэффициентом относительной плотности сложения.
Недостатком данного способа является трудоемкость работ по инъектированию и вибрационному воздействию на закладочный массив.
Известен способ подземной разработки месторождений в криолитозоне (патент РФ №2168627, опубл. 10.06.2001 г.), принятый за прототип, включающий послойную укладку охлажденных дробленых пород и связующего в виде охлажденной воды с последующим замораживанием образовавшегося закладочного слоя.
Недостатком данного способа является то, что он не учитывает возможность применения в качестве заполнителя пород различного гранулометрического состава, что, в свою очередь, влияет на монолитность закладочного массива и его прочность. Кроме того, при подаче воды на породы с отрицательной температурой образуется ледяная корка, которая препятствует равномерному заполнению вяжущим всего порового пространства. В результате чего снижается монолитность закладочного массива и его прочность.
Техническим результатом изобретения является получение монолитного закладочного массива с повышенными прочностными характеристиками.
Технический результат достигается тем, что предварительно в закладываемую выработку подают связующее, обладающее меньшей плотностью, чем закладываемые породы, затем по поверхности связующего равномерно размещают дробленые породы на одном уровне с поверхностью связующего, при этом заполнение связующего повторяют после замерзания каждого закладочного слоя до полной закладки выработки. В качестве связующего используют водно-ледяную, или водно-песчаную, или водно-песчано-ледяную смесь, при этом размер ледяных включений не должен быть больше наименьшего размера куска заполнителя.
Способ осуществляют следующим образом. Заполнение изолированной камеры начинается с подачи в закладываемую выработку связующего. Для создания связующего используют водно-песчаную или водно-песчано-ледяную смесь, в которой размер ледяных включений не превышает наименьшего размера куска заполнителя. Плотность смеси подбирают таким образом (количество песка и льда в смеси), чтобы плотность пород заполнителя была выше плотности связующего. То есть породы могли «утонуть» в связующем. Для создания плотной структуры размер кусков льда в связующем не должен быть больше наименьшего размера куска породы наполнителя. В связующее укладывают мерзлые породы различного гранулометрического состава (крупной и мелкой фракции), обеспечивающие минимальную пористость и максимальную прочность закладки. Мерзлые породы в холодный период доставляются с дневной поверхности, в теплый период рекомендуется использовать породы, находящиеся на хранении под землей, желательно в аккумулирующих холод выработках. При размещении пород в связующем последнее равномерно заполняет все пористое пространство. Подача пород осуществляется до тех пор, пока верхний слой пород не сравняется с поверхностью связующего слоя. Затем полученный слой замораживают принудительным нагнетанием с помощью вентилятора холодного воздуха. В зимний период замораживание производят за счет природного атмосферного холода, а в летний - за счет холода, накопленного массивом пород вокруг выработок (в том числе, отработанных горизонтов) в зимний период. Для каждого нового слоя цикл операций по его возведению повторяют, слои формируют до полного заполнения закладываемого пространства. В качестве заполнителя могут быть использованы мерзлые породы или мерзлые твердые отходы горного производства различного гранулометрического состава (крупной и мелкой фракции), удельный вес которых больше плотности связующего.
Данный способ возведения закладочного массива возможно применить при добыче ценных и высокоценных руд в различных горно-геологических условиях, преимущественно при разработке месторождений криолитозоны, где число дней с температурой ниже -10°C составляет более 100 дней в году. Такими районами Российской Федерации являются: Восточная Сибирь, северная часть Дальнего Востока, расположенная за Полярным кругом, и Север Урала.
Изобретение позволяет снизить время ведения закладочных работ, повысить качество и прочность закладки, а также повысить степень заполнения выработанного пространства.
Отличиями способа является то, что первоначально в изолированную выработку подают связующее, плотность которого ниже удельного веса пород заполнителя, а затем равномерно по поверхности связующего породы заполнителя, причем породы подают до тех пор, пока поверхностный слой пород не окажется на одном уровне с поверхностью связующего.
Настоящие отличия от известных способов являются существенными, т.к. только с их помощью достигается цель изобретения: повышение прочностных характеристик закладочного слоя.