МЕХАНИЗМ РАБОТЫ ТВЕРДЕЮЩИХ ЗАКЛАДОЧНЫХ СМЕСЕЙ

DOI: 10.24411/2619-0761-2020-10038 УДК 504.55.054:622

МЕХАНИЗМ РАБОТЫ ТВЕРДЕЮЩИХ ЗАКЛАДОЧНЫХ СМЕСЕЙ

Габараев Г 0.1, Разоренова ЕЮ.2, Стась В.П.3, Стась П.П.3

1 Северо-Кавказский государственный технологический университет, г. Владикавказ, Россия

2Южно-Российский государственный технологический университет, г. Новочеркасск, Россия

3 Тульский государственный университет, г. Тула, Россия

Аннотация. Исследован феномен изменения свойств материалов для приготовления твердеющих смесей для сохранения необходимой нормативной прочности при ухудшении качества исходных компонентов. Показано, что сложные геомеханические процессы при разработке подземным способом надежно управляются только заполнением технологических пустот твердеющими материалами. Систематизированы и оптимизированы некоторые вопросы управления состоянием рудовмещающих массивов при погашении пустот за счет учета особенностей работы закладочных смесей на всех этапах технологической цепи. Исследован механизм совместной работы вяжущих и инертных материалов, воды и добавок для корректировки свойств твердеющих смесей. Детализированы вопросы управления массивом естественным поддержанием, обрушением, закладкой и магазинированием руды с позиций повышения полноты учета использовании свойств массивов сложной структуры. Предложена классификация комбинированных технологий управления массивом. Систематизированы принципы оптимизации нормативной прочности обнажений искусственных массивов с учетом неоднородности массива. Приведены примеры управления состоянием массива при разработке месторождений, наиболее развитых в рассматриваемом аспекте Казахстане и Украине. Уточнена роль комбинирования систем разработки в оперативном изменении параметров горных работ в зависимости от геомеханической ситуации. Охарактеризовано направление удешевления смесей путем замены товарных компонент закладочной смеси отходами горно-металлургического производства. Охарактеризована новая технология, позволяющая корректировать свойства материалов за счет изменения состояния вещества воздействием на него энергией. Описана практика оптимизации нормативной прочности при использовании отходов производства для изготовления твердеющих смесей при разработке сложноструктурного месторождения. Показано, что последствия сложных геомеханических процессов при интенсификации разработки месторождений полезных ископаемых подземным способом могут быть минимизированы путем совершенствования учета условий разработки, а затраты на погашение пустот закладкой твердеющими смесями могут быть уменьшены.

Ключевые слова: твердеющая смесь, геомеханические процессы, подземный способ, рудовмещающий массив, управление массивом, удешевление смесей.

Введение.

зменение конъюнктуры минерального сырья,

географии его добычи и состояния техники и технологий добычи интенсифицирует процессы разработки месторождений полезных ископаемых, в первую очередь, металлических. Это сопровождается развитием сложных геомеханических процессов, обусловленных влиянием горных выработок на поведение

природно-техногенной системы, особенно при разработке подземным способом.

Р езультатом взаимодействия формирующихся под влиянием техногенных и природных факторов полей являются напряжения и деформации в рудовмещающих массивах. Надежность поведения земной коры, ослабленной строительством горных выработок, обеспечивается только заполнением технологических пустот твердеющими материалами, имитирующими извлекаемое

©

Содержимое этой работы может использоваться в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution 4.0. Любое дальнейшее распространение этой работы должно содержать указание на автора (ов) и название работы, цитирование в журнале и DOI.

минеральное сырье. Такая ситуация характерна для отработки, например, Гайского, Абаканского, Учалинского, Талнахского и других месторождений России, а также аналогичных по условиям формирования месторождений мира [1...4].

Недостаточный учет геомеханических явлений при вторжении в недра служит причиной нерентабельности предприятий, вплоть до прекращения функционирования, например, Тырныаузского и Садонского месторождений Северного Кавказа. Одной из причин этого является недостаточный учет геомеханических условий разработки, выразившийся в ослаблении конкурентоспособности их продукции.

Высокие затраты на погашение пустот закладкой твердеющими смесями и увеличивающиеся объемы производства заставляют искать резервы удешевления этого важного технологического звена горного производства [5...8].

Целью настоящего исследования является оптимизация вопросов погашения пустот за счет учета некоторых особенностей работы искусственных массивов из твердеющих закладочных смесей.

Основная часть. При подземной разработке месторождений полезных ископаемых образованные в породных массивах пустоты вслед за выдачей отбитой руды заполняют материалом, который позволяет сохранить уровень напряжений.

Сухая закладка характеризуется неоднородностью состава, поэтому несущая способность ее невелика. Более надежна твердеющая закладка, которая состоит из вяжущих и инертных материалов, воды и добавок для корректировки свойств состава.

Чаще всего применяют варианты с образованием камеры отработкой подэтажей и закладкой твердеющими смесями (рис. 1).

Несущая способность искусственных массивов зависит от соотношения и размеров компонентов твердеющих смесей. Крупный заполнитель положительно влияет на скальный скелет и содействует уплотнению прослоек цементно-песчаного раствора и регулирует обмен растворной части, предохраняя от потери влаги.

Твердые частицы в составе смеси погружаются в воду практически в безграничном

пространстве, так как размеры камер в горизонтальной плоскости значительно превышают высоту слоя твердых частиц. В течение суток при производительности 1800 м3/с и размерах камеры 15*50 м высота слоя не превышает 2 м. Давление на нижние слои ранее уложенной смеси при весе твердой ф аз ы = 175 Н/м3 и воды 100 Н/м3 - 750 Па.

Рис. 1. Камерная система с отбойкой из подэтажей и закладкой

Под воздействием очистных работ в массиве пород образуются трещины, глубина распространения которых достигает примерно 5 м или радиуса зоны трещинооб-разования скважинного заряда диаметром 85...105 мм.

При использовании твердеющей смеси из некондиционных компонентов реологические и прочностные свойства смеси улучшают ускорением набора прочности, повышением температуры процесса гидратации, рациональным водоцементным отношением и др.

В пределах месторождений различные типы управления массивом сочетаются: естественным поддержанием, обрушением, закладкой, магазинированием руды. Цель комбинирования заключается в использовании свойств сложноструктурных массивов [9...12].

Комбинированное управление горными м асс и в а ми заключается в раскройке шахтных полей на геомеханически сбалансированные участки с оставлением рудных целиков или строительством искусственных массивов из твердеющей закладки, решающих ту же задачу комбинирования технологий (табл. 1).

Таблица 1

Классификация комбинированных технологий управления массивом

Среда комбинирования Средства управления массивом Условия применения

Исходные массивы Сухая, твердеющая и гидравлическая закладка, хвосты ПВ Устойчивые вмещающие породы и руды

Нарушенные массивы Закладка, хвосты ПВ, перекрытия, обрушенные породы Склонные к обрушению породы

Закрепленные массивы Твердеющая закладка, крепь Без ограничений

Массивы выщелачивания Хвосты выщелачивания Вскрываемость минералов

Нормативная прочность обнажений искусственных массивов определяется с учетом неоднородности массива:

_ и (я + ГН) к 5

2онкккк:

где аР28 - прочность образца на растяжение в возрасте 28 сут., МПа; I - пролет кровли камеры, м; g - нагрузка закладки породами, т/м2; у - объемная масса закладки, т/м3; Н -высота закладочного массива - до 60 м; К} -коэффициент, учитывающий неоднородность закладочного массива; К2 -коэффициент увеличения прочности закладки во времени; К3 - коэффициент увеличения прочности закладки в массиве, относительно образцов; К4 - коэффициент условий работ; К5 - коэффициент запаса.

Чаще других применяют двухстадийную отработку, когда часть запасов отрабатывают камерами первой очереди с твердеющей закладкой, а в камерах второй очереди применяют другую технологию.

Желтореченское месторождение

(Украина). Богатая рудная залежь и примыкающий к ней пласт железистых кварцитов образуют мощное рудное тело, которое разрабатывают системой этажного принудительного обрушения со сплошной выемкой и закладкой пустот твердеющими смесями. Маломощные залежи ценных руд крутого падения, сильно трещиноватые с коэффициентом крепости по Протодьяконову 8...17, добывают с закладкой твердеющими смесями.

В варианте системы с подэтажной выемкой, торцевым выпуском руды и твердеющей закладкой достоинства слоевой выемки и систем с магазинированием руды сочетают. Параметры блока: высота этажа -70 м и подэтажа - 12...15 м, длина - 60 м, ширина равна мощности.

После магазинирования верхнего подэ т ажа из торца выработки выпускают руду вышележащего подэтажа. В выработанное пространство подают твердеющую смесь, после набора прочности которой отрабатывают нижележащий подэтаж.

Маныбайское месторождение

(Казахстан) отрабатывали одновременно открытым и подземным способами. Подземным способом с глубины 300 м отрабатывали вариантами подэтажно-камерной системы разработки с закладкой выработанного пространства.

Заполнение очистного пространства при выемке камер первой очереди осуществляли твердеющей закладкой на основе дробленной породы и песчано-гравийной смеси, с содержанием гравия 56 % и расходом цемента 80...120 кг/м3. Камеры второй очереди заполняли твердеющими закладочными смесями меньшей прочности.

Комбинирование систем разработки позволяет оперативно изменять параметры обнажений в ходе очистной выемки в зависимости от устойчивости вмещающих боковых пород.

Компрессия закладочных смесей под да в л е н ием налегающих пород в пределах 12...24 МПа изменяется от 2 до 10 %. Свежеприготовленная смесь после укладки в выработанное пространство уплотняется, схватывается, твердеет и набирает прочность. Массив сохраняет и постепенно увеличивает свои прочностные свойства в течение д л ит е л ь н ого времени. Сроки схватывания уменьшаются с увеличением расхода вяжущих материалов и повышаются с ув еличением количества воды.

Приготовление, транспортирование и укладка твердеющей закладочной смеси длится не более часа. За это время в воде растворяется до 70...80 мг/л веществ, часть которых уносится водой.

Избыточная вода уменьшает марку вяжущего за счет уноса растворенных в воде солей, что увеличивает время схватывания. После уплотнения смеси в камере происходит гидролиз и гидратация вяжущих компонентов с разогревом искусственного массива, что повышает его прочностные свойства.

Для обеспечения приемлемых показателей разработки необходимо не только совершенствование составов твердеющих смесей, но и оптимизация параметров работы искусственных массивов, в первую очередь, характера их подработки и обнажения. В публикациях мало сведений о снижении количества полезных компонент в товарной руде за счет обрушения закладки и вмещающих пород. Разубоживание руды закладочным материалом на цементной основе на 1 % снижает извлечение металлов в концентраты на 0,8...1,0 %, в то время как разубоживание вмещающими породами на 1 % -лишь на 0,15...0,20 %.

Основное направление удешевления смесей - замена цемента шлаками металлургического производства. Показателем активности шлаковой добавки служит

э квивалент активности или пропорциональное соотношение шлака и цемента в составе вяжущего. При подготовке шлака в шаровых мельницах для замещения 1 части цемента требуется 8...20 частей шлака, а при подготовке в дезинтеграторной установке -только 6...8.

Из 220 кг шлака, расходуемого на приготовление 1 м твердеющей смеси только 90 кг (40 %) использовали в качестве активного вяжущего. Остальные 130 кг шлака использ о в али как инертный заполнитель, поскольку при крупности измельчения более 0,074 мм шлак не проявлял вяжущих св о йств.

Прочность закладки зависит от времени твердения, количества и качества компонентов смеси. Наиболее перспективен способ, включающий смешение заполнителя, измельченного вяжущего и активированной жидкости, отличающийся тем, что в процессе измельчения и смешения компоненты смеси активируют. Еще больший эффект достигается тем, что закладочную смесь при транспортировке подвергают дополнительной вибрации вплоть до закладочного объекта (рис. 2).

Рис. 2. Схема активации твердеющих смесей: 1 - бункер цемента; 2 - виброгрохот; 3 - шлак; 4 - дезинтегратор; 5 - активированная вода; 6 - вибро-мельница; 7 - конвейер; 9 - смеситель; 8 - закладочный трубопровод; 9 - вибраторы; 10 — блок

Таблица 2

Оптимальные составы твердеющих смесей

Расход компонентов, кг/м Прочность закладки, МПа

цемент песок вода шлак время твердения, дней

28 90

- 1370 380 270 0,13 0,17

30 1620 380 - 0,16 0,28

30 1490 380 130 0,36 0,60

30 1370 380 270 0,56 0,78

30 1340 380 300 0,60 0,82

60 1460 380 130 0,46 0,68

60 1410 380 190 0,54 0,84

60 1380 380 220 0,58 0,88

60 1350 380 250 0,66 0,93

60 1300 380 300 0,76 0,96

80 1455 380 - 0,42 0,66

Активацию смеси продолжают в закладочном трубопроводе во время ее транспортирования от закладочного комплекса до погашаемых пустот на расстояние в первые километры. Длина доставки редко превышает 1,5 км при соотношении вертикальной и горизонтальной частей трубопровода 1:5.

Для обеспечения гидратации вяжущего нужно, чтобы в закладочной смеси вода составляла 20...25 % от массы вяжущего. При водовяжущем отношении 1,0...1,3 повышается подвижность и исключается расслоение, но снижается прочность закладочной смеси. Так, в возрасте 28 сут. она составляет: 1,42 МПа - при отношении 0,8; 1,22 МПа - при 1,0; 0,72 МПа - при 1,32.

В технологии приготовления твердеющих смесей используют феномен изменения свойств материалов, состоящий в сохранении необходимой нормативной прочности при ухудшении качества исходных компонентов.

Кроме общеизвестных компонентов технологии: изменение температуры, давления, механическое или химическое диспергирование и катализ, получают развитие технологии, позволяющие корректировать свойства материалов за счет изменения энергетического состояния вещества воздействием на него энергией.

Активация основана на свойстве тонко-дисперсных веществ изменять свое состояние, становиться активными, вступать в реакцию с другими веществами, спекаться, давать более прочные сплавы и т.д.

В Н. Молчанов, О.Г. Селезнева, Е.Н. Жирнов и др. определяют процесс активации, как изменение энергетического состояния, физического строения и химических свойств под влиянием механического воздействия. Заменители цемента активируют в шаровых мельницах, смесителях-активаторах, дезинтеграторах, дисмембра-торах и других механизмах [13...16].

Активизированная закладка имеет б о л ее однородную микроструктуру с равномерным распределением зерен заполнителя в цементирующей массе. Степень гидратации цемента в такой смеси увеличивается в 2...3 раза.

К низкосортным относятся материалы с модулем крупности менее 0,7, содержащие более 80 % глинистых и пылевидных частиц, более 5 % органических веществ, текущие и лежалые хвосты обогатительных фабрик и другие.

Наиболее распространенный компонент закладочной смеси - песок по механическому с о ставу должен отвечать следующим требованиям: модуль крупности - не менее 0 , 8 ; содержание пылеватых и глинистых частиц - 15...25 %; наличие органических пр имесей - не более нормы. Для строительных целей такие пески не пригодны, так как при разложении органики образуются вещества, которые, взаимодействуя с цементом, снижают прочность бетонных изделий.

В распоряжении горных предприятий имеются материалы, которые по качеству

уступают стандартным, но могут использоваться для приготовления твердеющей закладки.

Сущность известных рабочих гипотез управления массивами твердеющих смесей сводится к тому, что при увеличении нагрузки структура закладки может даже разрушиться, но несущая способность ее изменяется с увеличением деформаций до известного предела.

В процессе обжатия твердеющей закладки тонкие частицы "вдавливаются" в поры, заполненные цементным камнем, и упрочняют закладку, играя роль каркаса. При внедрении крупных частиц в поры возрастают напряжения и деформации, которые разрушают цементный камень.

Проблема оптимизации нормативной прочности обостряется при попытках использовать отходы производства для изготовления твердеющих смесей при разработке сложноструктурных месторождений.

Месторождение Шокпак-Камышовое

(Казахстан) характеризуется небольшими размерами, имеют трубообразную форму, вытянутую преимущественно по вертикали, и сложную морфологию. Северная залежь представлена рядом разно-ориентированных рудных участков, разделенных промежутками пустых пород или забалансовых руд мощностью от 5 до 30 м. Длина залежи по простиранию 150 м, отдельных линз и ветвей 10...15 м. Мощность рудной зоны 30...50 м, рудоносных участков до 20...30 м. Коэффициент рудоносности 0,4...0,5. Глубина залежи от поверхности от 40 до 250 м.

Южная залежь состояла из серии жило-образных рудных тел, разделенных безрудными участками мощностью 5...67 м. Длина залежи по простиранию до 100 м, по падению до 500 м. Угол падения 20...70°, средняя стволовая мощность 42 м, коэффициент рудоносности 0,23. Глубина залежи от поверхности 50...500 м.

Крепость вмещающих пород по Прото-дьяконову - 18...20, руд - 16...18. Физико-механические свойства пород и руд: плотность 2,6 г/см3, эффективная пористость - 0,23...0,412 %.

Руду добывали технологиями с подэтажной отбойкой и закладкой пустот

твердеющими смесями прочностью от 0,5 д о 1,5 МПа. Особенностью технологии является промышленное применение активаторов: дезинтеграторов, вибромельниц и электрохимических установок.

Расход цемента снижали посредством добавления более крупного материала, достигая соотношения объемов и весов компонентов:

V м =

УкУм Зст - )

Ум

Ъс^ + Ук ^ст - Ък)

где Ум - объем очень мелкого песка до с ме ш ива н ия его с крупными материалами, м3 ; Ум - объем очень мелкого песка после

3

смешивания его с крупным материалом, м ; ум - плотность очень мелкого песка, кг/м3; ук - плотность добавляемого крупного материала, кг/м3; Sм - удельная поверхность очень мелкого песка, м2/кг; -удельная поверхность крупного песка, м2/кг; Sсm - удельная поверхность мелкого песка, принятого при подборе составов, заложенных в стандарте, м2/кг (13 м2/кг).

Соотношение нормативной прочности массива закладки и прочности кубиков, изготовленных из смеси на сливе смесителя:

=

< г

<г

к 1-к 2-к 3-к 4

где ог - нормативная прочность закладки в массиве, МПа; о'г - нормативная прочность закладки в образце, МПа; К1 - коэффициент, учитывающий неоднородность массива; К2 - коэффициент, учитывающий увеличение прочности закладки в зависимости от времени твердения, принимается равным соотношению прочности образцов, отобранных на сливе смесителя в 90 дневном в озрасте, к прочности в 28 с:

К2 — О9С/О28

Коэфф ициент К2 принимается для закладки на цементном вяжущем 1,2 и шлакоцементном вяжущем - 1,3; К3 -коэффициент, учитывающий изменение прочности закладки в массиве относительно к о нтр оль ных кубов. Если прочность в искусственном массиве меньше, чем образцов, отобранных на сливе смесителя закладочной установки, в 1,15...1,25 раза,

то К3 =1/1,15 .1/1,25 или К3 = 0,8...0,87; К4 -коэффициент условий работы, при длительности отработки камеры до 2 месяцев - 0,85, при больших сроках - 0,6.

Деформации закладочного массива зависят от ее свойств, времени полной стабилизации массива закладки и рудовмещаю-щих пород и напряжений, действующих у контура и внутри массива.

Объемное напряженное состояние массива по мере удаления от зоны очистных работ изменяется от растяжения и сдвига, до сжатия в глубине массива. В глубине нетронутого породного массива, где влияние очистных работ не сказывается, компоненты главных напряжений находятся в соотношении s1 > s2 = sз, что соответствует состоянию сжатия. По мере приближения к зоне очистных работ возрастает зона концентрации напряжений, причем максимальные напряжения s1 возрастают значительно, а минимальные напряжения sз увеличиваются не намного.

Главные напряжения s2 в зоне концентрации напряжений близки по величине к произведению + s3)m, а компоненты напряжений находятся в соотношении s1 > s2 > s3, соответствующем при тв = 0,5 напряженному состоянию сдвига. В зоне

очистных работ минимальные главные напряжения s3 становятся равными нулю, уменьшается концентрация напряжений s1 и s2 и возможно соотношение s1 = s2 > sз, характерное для обобщенного растяжения или = 1.

При заполнении пустот твердеющей з а к л адкой массив работает как несущий элемент геомеханической системы, т.е. s1 > S 2 = Sз.

В условиях скальных месторождений вертикальные напряжения искажаются действием силовых полей, снижающим его величину по сравнению с геостатическим давлением, что оценивается коэффициентом k. Нередко горизонтальные напряжения не увеличивают напряженного состояния хрупких скальных пород в связи с заполнением трещин амортизирующим материалом. Разрушение хрупких пород в зонах ослабления выработками происходит в форме раскрытия структурных нарушений с образованием блоков.

Управление состоянием горного массива осуществляется закладкой пустот с регулированием напряженности массива. Условие прочности элементов системы по В . И . Голику:

а1 ± ^2,3 =

'Ошах

О шах

О

^Ошах

О

при Нс = Н ^ азаш = |^х

где а1 - вертикальная составляющая главных напряжений; а2,3 - горизонтальная составляющая главных напряжений, МПа; k - параметр, зависящий от искажения напряжений структурно-тектоническими условиями; асж - напряжения в верхнем слое разупроченных отдельностей массива, МПа; а ± - напряжения в зоне влияния очистных работ, МПа; асжост - остаточная прочность разупроченных пород, МПа; Z0 - пролет, при котором сохраняется устойчивость массива, м; х1,.хп - характеристики материала структурных блоков; озакл - прочность сжатию закладочного массива, МПа; В -ширина зоны влияния пустот; Н - глубина

р абот, м; hc - высота зоны влияния работ, м; hS - высота закладки, м.

Система «поверхность - массив -закладка» представляет собой среду, прочность которой изменяется в процессе деформирования в зависимости от напряжений. Отслаивающаяся часть структурных отдель-ностей создает упругий отпор массе пород в пределах приконтактной зоны, а при потере несущей способности нагружает закладоч-н ы й массив.

Сохранность массива обеспечивается тем, что в зоне разупрочнения напряженность восстанавливается за счет напряжений в кровле и бокового распора структурных блоков:

О

сж

ост

а

сж

О

< „ <<

=

J ух , Ых2 ..Лхп)

=

У

где ог - напряжение распора структурных блоков нижнего слоя, м.

Напряжения распора и прочность закладки увеличиваются при вводе закладочного массива в режим благоприятной работы:

< <

J 3Х , ах2 ...ахп)

= к-

Условие геомеханической сбалансиро- сдвижения массива. Наиболее

ванности массива основано на учете напряжений в режиме объемного сжатия и позволяет путем изменения технологических параметров регулировать нормативную прочность.

Прочность искусственных массивов по уточненной Голиком В.И. и Габараевым О.З. формуле ВНИМИ:

(

< „ =

4а

\

кК

к к к

£ _

где ^ ^, kф, ^, ^пр - коэффициенты: угла наклона камеры, пригрузки, запаса, формы, длительной прочности и упрочнения, соответственно; gn, gs - плотности пород и закладки; Zф - фактический пролет; d}, d2 -горизонтальный и вертикальный размеры структурных блоков соответственно; ац -ширина искусственного массива; Zпред -предельный пролет обрушения.

Коэффициент запаса прочности kз принимается в пределах 1,1...1,5 с учетом вариации прочностных свойств закладки. Коэффициент формы kф:

kф — ац/Н при 1 <

ац/Н < 4

kф = 0,8...0,4а/Н при 0,25 <

ац/Н < 1.

< ± ж<23 =

напряженным элементом является последний блок, равновесие которого зависит от действующих нагрузок и величины удерживающих сил.

Основу управляющего воздействия на массив составляет обеспечение баланса напряжений и деформаций в нем. Величина упрочнения закладочного массива определяется условиями объемно-напряженного его состояния, коррелирует с параметрами погашения и описывается уравнениями регрессии.

Нормативная прочность закладки должна удовлетворять требованиям на участках ее ослабления при обнажении снизу и сбоку и определяется совместным решением системы уравнений:

<Ут

0,5 кзУз т.э

105^2 н

<е

уЛ

105

Коэффициент длительной прочности ^ - принимается в пределах 0,4...0,7 в обратной зависимости от времени существования целика. Коэффициент упрочнения массива при объемном сжатии ^пр—f (Т, С, L).

При подработке камер искусственный массив деформируется в сторону открытого пространства от основания камеры под углом

где аг - нормативная прочность при горизонтальном обнажении, МПа; ^ - толщина несущего слоя, м; ав - нормативная прочность массива закладки при вертикальном обнажении; hз - высота пригружающей толщи закладки, м; уз - плотность закладки, кг/м3; тЭ - эквивалентный пролет горизонтального обнажения, м.

Для количественной характеристики ослабления массива на участках обнажений искусственного массива вводится коэффициент технологического ослабления:

Кт.о = /

а

= к

<К€Ь- = к

J ух

0

J ух

. р цьс = н ^ = кп Jух

0

0

J

+ т< =

р

0

0

р

2

0

—с

0

0

0

где кжо. - коэффициент технологического ослабления массива при обнажении; So -площадь обнажения искусственного массива; hu - высота искусственного массива; hc - высота пригружающих пород; H -глубина работ.

Заключение. Последствия сложных геомеханических процессов при интенсификации разработки месторождений полезных ископаемых подземным способом могут быть минимизированы путем совершенствования учета условий разработки. Высокие затраты на погашение пустот закладкой твердеющими смесями могут быть уменьшены до приемлемых значений при рациональном использовании особенностей работы искусственных массивов из твердеющих закладочных смесей.

Литература

1. Golik V.I., Gabaraev O.Z., Maslennikov S.A., Khasheva Z.M., Shulgaty L.P. The provision of development conversion perspectives into undeground one for Russian iron ore deposits development // The Social Sciences (Pakistan). 2016. Т. 11. № 18. С. 4348-4351.

2. Дмитрак Ю.В., Цидаев Б.С., Дзапаров В.Х., Харебов Г.Х. Минерально-сырьевая база цветной металлургии России // Вектор ГеоНаук. 2019. Т. 2. № 1. С. 9-18.

3. Golik V.I., Gabaraev O.Z., Maslennikov S.A., Khasheva Z.M., Shulgaty L.P. The provision of development conversion perspectives into undeground one for Russian iron ore deposits development // The Social Sciences (Pakistan). 2016. Т. 11. № 18. С. 4348-4351.

4. Захаров Е.И., Анциферов С.В., Сам-маль А.С., Никулин И.Б. Изучение механизма природных процессов - основа решения экологических проблем при добыче твердых полезных ископаемых // Известия ТулГУ. Науки о Земле. Вып. 3. 2016. С. 24-30.

5. Ghorbani Y., Franzidis J.-P., Petersen J. Heap Leaching Technology - Current State, Innovations, and Future Directions: A review // Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review. 2016. Vol. 37. No. 2. P. 73-119.

6. Голик В.И., Комащенко В.И. Отходы обогащения железистых кварцитов как сырье для доизвлечения металлов и использования в качестве закладочных смесей // Горный журнал. 2017. № 3. С. 43-47.

7. Комащенко В.И. Эколого-экономическая целесообразность утилиза-ци и горнопромышленных отходов с целью их переработки // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2015. № 4. С. 23-30.

8 . Разоренов Ю.И., Голик В.И., Куликов М.М. Экономика и менеджмент горной промышленности. Новочеркасск, 2010. 247 с.

9. Голик В.И., Разоренов Ю.И., Каргинов К.Г. Основа устойчивого развития РСО-Алания - горнодобывающая отрасль // Устойчивое развитие горных территорий. 2017. Т. 9. № 2 (32). С. 163-171.

10. Голик В.И., Разоренов Ю.И., Страданченко С.Г., Хашева З.М. Принципы и экономическая эффективность комбинирования технологий добычи руд // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2015. Т. 326. № 7. С. 6-14.

11. Ем ельяненко Е.А., Горбатова Е.А. Переработка окисленных медных руд, как фактор развития и расширения минерально-сырьевой базы ЗАО "Михеевский ГОК" // Современные проблемы теоретической, экспериментальной и прикладной минералогии. Сыктывкар: ИГ Коми НЦ УрО РАН. 2016. С. 276-277.

12. Комащенко В.И., Васильев П.В., Масленников С.А. Технологиям подземной разработки месторождений КМА - надежную сырьевую основу // Известия ТулГУ. Науки о Земле. Вып. 2. 2016. С.95-101.

13. Дмитрак Ю.В. Теория движения мелющей загрузки и повышение эффективности оборудования для тонкого измельчения горных пород: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. Московский гос. горный ун-т. Москва, 2000. 44 с.

14. Дмитрак Ю.В., Голик В.И., Вернигор

B.В. Геомеханические предпосылки сохранения устойчивости выработок при разработке водообильных месторождений // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2018. № 1.

C. 218-229.

15. Дмитрак Ю.В., Шишканов К.А. Р аз р а ботка вероятностной кинематической модели мелющих тел в помольной камере вибрационной мельницы // Горный информационно-аналитический бюллетень

(научно-технический журнал). 2010. № 12. С. 302-308.

16. Гавришев С.Е., Корнилов С.Н., Пыталев И.А., Гапонова И.В. Повышение экономической эффективности горнодобывающих предприятий за счет вовлечения в эксплуатацию техногенных георесурсов // Горный журнал. 2017. № 12. С. 46-51.

17. Качурин Н.М., Стась Г.В., Корчагина Т.В., Змеев М.В. Геомеханические и аэрогазодинамические последствия подработки территорий горных отводов шахт Восточного Донбасса // Известия Тульского государственного университета. Сер. Науки о Земле. Вып. 1. 2017. С. 170-182.

18. Голик В.И., Дмитрак Ю.В., Габараев О.З., Кожиев Х.Х. Минимизация влияния горного производства на окружающую среду // Экология и промышленность России. 2018. Т. 22. № 6. С. 26-29.

19. Голик В.И., Дмитрак Ю.В., Комащен-ко В.И., Разоренов Ю.И. Экологические аспекты хранения хвостов обогащения руд в горном регионе // Экология и промышленность России. 2018. Т. 22. № 6. С. 35-39.

20. Бригида В.С., Кожиев Х.Х.,. Сарян А.А, Джиоева А.К. Пространственно-временные задачи геоэкологии - междисциплинарный подход // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2020. № 4. С. 20-32.

Контактные данные:

Габараев Георгий Олегович, эл. почта: vgabaraev59@maii.ru, Разоренова Елизавета Юрьевна, эл. почта: yiri1963@maii.ru, Стась Виктор Павлович, эл. почта: gaiina_stas@maii.ru, Стась Павел Павлович, эл. почта: gaiina_stas@maii.ru

© Габараев Г.О., Разоренова Е.Ю., Стась В.П., Стась П.П., 2020

MECHANISM OF WORK OF HARDENING MIXTURES

G.O. Gabaraev1, E.Y. Razorenova2, V.P. Stas3, P.P. Stas3

1 North Caucasian State Technological University, Vladikavkaz, Russia

2South-Russian State Technological University, Rostov, Russia

3Tula State University, Tula, Russia

Abstract. The phenomenon of changes in the properties of materials for the preparation of hardening mixtures to maintain the required standard strength with a deterioration in the quality of the initial components is investigated. It is shown that complex geomechanical processes in underground mining are reliably controlled only by filling technological cavities with solidifying materials. Certain issues of managing the state of ore-bearing massifs during the repayment of voids by taking into account the peculiarities of the operation of filling mixtures at all stages of the t echnological chain are systematized and optimized. The mechanism of joint work of binders and inert materials, water and additives for adjusting the properties of hardening mixtures has been investigated. The issues of managing the massif by natural support, collapse, filling and shrinking of ore from the standpoint of increasing the completeness of accounting for the use of properties of massifs of complex structure are detailed. The classification of the combined technologies of array control is proposed. The principles of optimization of the normative strength of outcrops of artificial massifs are systematized taking into account the heterogeneity of the massif. Examples of management of the state of the massif during the development of fields, the most developed in this aspect in Kazakhstan and Ukraine, are given. The role of the combination of development systems in the operational change of mining parameters depending on the geomechanical situation has been clarified. The direction of reducing the cost of mixtures by replacing the commercial components of the filling mixture with waste from mining and metallurgical production is characterized. A new technology is characterized, which makes it possible to correct the properties of materials by changing the state of a substance by acting on it with energy. The article describes the practice of optimizing the standard strength when using production waste for the manufacture of hardening mixtures in the development of a complex-structured deposit. It is shown that the consequences of complex geomechanical processes during the intensification of the development of mineral deposits by the underground method can be minimized by improving the accounting of development conditions, and the costs of repaying voids by filling with solidifying mixtures can be reduced.

Keywords: hardening mixture, geomechanical processes, underground method, ore-bearing massif, massif management, reduction in the cost of mixtures.

References

1. Golik, V.I., Gabaraev, O.Z., Maslennikov, S.A., Khasheva, Z.M., Shulgaty, L.P. The provision of development conversion perspectives into undeground one for Russian iron ore deposits development [The provision of development conversion perspectives into undeground one for Russian iron ore deposits development] // The Social Sciences

2. Dmitrak Y.V., Tsidaev B.S., Dzaparov V.Kh., Kharebov G.Z., 2019. Mineral and raw materials base of colored metallurgy of Russia. Vector of Geosciences. 2

3. Golik, V.I., Gabaraev, O.Z., Maslennikov, S.A., Khasheva, Z.M., Shulgaty, L.P. The provision of development conversion perspectives into undeground one for Russian iron ore

deposits development [The provision of development conversion perspectives into undeground one for Russian iron ore deposits development] // The Social Sciences

4. Zaharov, E.I., Anciferov, S.V., Sammal', A.S., Nikulin, I.B. Izuchenie mekhanizma pri-rodnyh processov - osnova resheniya ekologicheskih problem pri dobyche tverdyh poleznyh iskopaemyh [Study of the mechanism of natural processes -- the basis for solving environmental problems in the extraction of solid minerals] // Izvestiya TulGU. Nauki o Zemle. Vyp. 3. 2016. Pp. 24-30.

5. Ghorbani, Y., Franzidis, J.-P., Petersen, J. Heap Leaching Technology - Current State, Innovations, and Future Directions: A review // Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review. 2016. Vol. 37. No. 2. Pp. 73119.

6. Golik, V.I., Komashchenko, V.I. Othody obogashcheniya zhelezistyh kvarcitov kak syr'e dlya doizvlecheniya metallov i ispol'zovaniya v kachestve zakladochnyh smesej [Waste of enrichment of ferruginous quartzites as a raw material for additional extraction of metals and use as filling mixtures] // Gornyj zhurnal. 2017. № 3. Pp. 43-47.

7. Komashchenko, V.I. Ekologo-ekonomicheskaya celesoobraznost' utilizacii gornopromyshlennyh othodov s cel'yu ih pere-rabotki [Ecological and economic feasibility of utilization of mining waste for the purpose of their processing] // Izvestiya Tul'skogo gosudar-stvennogo universiteta. Nauki o Zemle. 2015. № 4. Pp. 23-30.

8. Razorenov, Yu.I., Golik, V.I., Kulikov, M.M. Ekonomika i menedzhment gornoj promyshlennosti [Economics and management of the mining industry]. Novocherkassk, 2010. 247 p.

9. Golik, V.I., Razorenov, Yu.I., Karginov K.G. Osnova ustojchivogo razvitiya RSO -Alaniya - gornodobyvayushchaya otrasl' [The basis for sustainable development of the Republic of North Ossetia-Alania is the mining industry] // Ustojchivoe razvitie gornyh territory. 2017. Vol. 9. № 2

10. Golik, V.I., Razorenov, Yu.I., Stradanchenko, S.G., Hasheva, Z.M. Principy i ekonomicheskaya effektivnost' kombinirovani-ya tekhnologij dobychi rud [Principles and economic efficiency of combining ore mining technologies] // Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. Inzhiniring georesursov. 2015. T. 326. № 7. Pp. 6-14.

11. Emel'yanenko, E.A. Gorbatova, E.A. Pererabotka okislennyh mednyh rud, kak faktor razvitiya i rasshireniya mineral'no-syr'evoj bazy ZAO "Miheevskij GOK" [Processing of oxidized copper ores as a factor in the development and expansion of the mineral resource base of JSC "Mikheevsky GOK"] // Sovremen-nye problemy teoreticheskoj, eksperimental'noj i prikladnoj mineralogii. Syktyvkar: IG Komi NC UrO RAN. 2016. Pp. 276-277.

12. Komashchenko, V.I., Vasil'ev, P.V., Maslennikov, S.A. Tekhnologiyam podzemnoj razrabotki mestorozhdenij KMA - nadezhnuyu syr'evuyu osnovu [KMA is a reliable raw material base for underground mining technolo-

gies] // Izvestiya TulGU. Nauki o Zemle. Vyp. 2. 2016. Pp. 95-101.

13. Dmitrak, Yu.V. Teoriya dvizheniya m elyu shchej zagruzki i povyshenie effektivnos-ti oborudovaniya dlya tonkogo izmel'cheniya gornyh porod [Theory of motion of grinding load and increasing the efficiency of equipment for fine grinding of rocks]: avtoref. dis. ... d-ra tekhn. nauk. Moskovskij gos. gornyj un-t. Moskva, 2000. 44 p.

14. Dmitrak, Yu.V., Golik, V.I., Vernigor, V.V. Geomekhanicheskie predposylki sohraneniya ustojchivosti vyrabotok pri razrabotke vodoobil'nyh mestorozhdenij [Geomechanical prerequisites for maintaining the stability of workings during the development of water-rich deposits] // Izvestiya Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Nauki o Zemle. 2018. № 1. Pp. 218-229.

15. Dmitrak, Yu.V., Shishkanov, K.A. Razrabotka veroyatnostnoj kinematicheskoj modeli melyushchih tel v pomol'noj kamere vibracionnoj mel'nicy [Development of a probabilistic kinematic model of grinding bodies in the grinding chamber of a vibration mill] // Gornyj informacionno-analiticheskij byullet-en '

16. Gavrishev, S.E., Kornilov, S.N., Pytalev, I.A., Gaponova, I.V. Povyshenie ekonomicheskoj effektivnosti gornodobyvay-ushchih predpriyatij za schet vovlecheniya v e k spluataciyu tekhnogennyh georesursov [Increasing the economic efficiency of mining enterprises due to the involvement of techno-genic georesources in operation] // Gornyj zhurnal. 2017. № 12. Pp. 46-51.

17. Kachurin, N.M., Stas', G.V., Korchagi-na, T.V., Zmeev, M.V. Geomekhanicheskie i aerogazodinamicheskie posledstviya podrabotki territorij gornyh otvodov shaht Vostochnogo Donbassa [Geomechanical and aerogasdynam-ic consequences of undermining the territories of mining allotments of mines in the Eastern Donbass] // Izvestiya Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Ser. Nauki o Zemle. Vyp. 1. 2017. Pp. 170-182.

18. Golik, V.I., Dmitrak, Yu.V., Gabaraev, O.Z., Kozhiev, H.H. Minimizaciya vliyaniya gornogo proizvodstva na okruzhayushchuyu sredu [Minimizing the impact of mining on

the environment] // Ekologiya i promyshlennost' Rossii. 2018. T. 22. № 6. Pp. 26-29.

19. Golik, V.I., Dmitrak, Yu.V., Komashchenko, V.I., Razorenov, Yu.I. Ekologicheskie aspekty hraneniya hvostov obogashcheniya rud v gornom regione [Environmental aspects of storing ore dressing tailings in the mountainous region] // Ekologiya i promyshlennost' Rossii. 2018. T. 22. № 6. Pp. 35-39.

20. Brigida, V.S., Kozhiev, H.H., Saryan, A.A, Dzhioeva, A.K. Prostranstvenno-vremennye zadachi geoekologii - mezhdiscipli-narnyj podhod [Spatial-temporal problems of geoecology - an interdisciplinary approach] // Gornyj informacionno-analiticheskij byulleten'. 2020. № 4. Pp. 20-32.

Contacts:

Georgy O. Gabaraev, vgabaraev59@maii.ru, Elizaveta Yu. Razorenova, yiri1963@maii.ru, Viktor P. Stas, gaiina_stas@maii.ru, Pavei P. Stas, gaiina_stas@maii.ru

© Gabaraev, G.O., Razorenova, E.Y., Stas, V.P., Stas, P.P., 2020

Габараев Г.О., Разоренова Е.Ю., Стась В.П., Стась П.П. Механизм работы твердеющих закладочных смесей //Вектор ГеоНаук. 2020. Т.3. №4. С. 8-20. DOI: 10.24411/2619-0761 -2020-10038.

Gabaraev, G.O., Razorenova, E.Y., Stas, V.P., Stas, P.P., 2020. Mechanism of work of hardening mixtures. Vector of Geosciences. 3(4). Pp. 8-20. DOI: 10.24411/2619-0761-2020-10038.