КОМБИНИРОВАННАЯ ГРАНУЛИРОВАННАЯ ЗАКЛАДКА ПРИ СПЛОШНОЙ ВЫЕМКЕ РУД ПРИРЕЗКАМИ

ГИАБ. Горный информационно-аналитический бюллетень / MIAB. Mining Informational and Analytical Bulletin, 2021;(3-2):125-132 ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ / ORIGINAL PAPER

УДК 627.22 DOI: 10.25018/0236_1493_2021_32_0_125

КОМБИНИРОВАННАЯ ГРАНУЛИРОВАННАЯ ЗАКЛАДКА ПРИ СПЛОШНОЙ ВЫЕМКЕ РУД ПРИРЕЗКАМИ

Г. Г. Пирогов1, Е. Т. Воронов1

1 Забайкальский государственный университет, Чита, Россия

Аннотация: Особенность сплошных систем разработки слоевой выемкой прирезок (лент) состоит в условном делении блока (панели) на прирезки шириной до восьми метров. Выемку прирезок осуществляют при устойчивых рудах слоями в восходящем порядке с закладкой выработанного пространства. В качестве закладочных используют твердеющие смеси, так как гидравлические невозможно удержать в границах при отработке смежных прирезок. Снижение стоимости твердеющей закладки может быть достигнуто применением комбинированной гранулированной закладки с полным использованием хвостов обогащения — источников опасного загрязнения окружающей среды, при которой вначале твердеющей гранулированной смесью формируют удерживающую стенку со стороны смежного слоя толщиной 0,5—2,9 м в зависимости от угла падения, оставшуюся часть выработанного пространства отработанного слоя заполняют гидравлической гранулированной смесью. Закладку выполняют сразу после отработки слоя. Очистную выемку перемещают в смежный блок и возвращают по завершению закладочных работ. Сущность комбинированной гранулированной закладки, предложенной на основе патента, полученного автором на способ закладки выработанного пространства, поясняется графическим материалом. Предложена принципиальная схема приготовления и транспортирования гранулированных закладочных смесей. Приведен упрощенный пример взаимосвязи отработки и комбинированной закладки очистного слоя. Ключевые слова: хвосты обогащения, выемка прирезок слоями, очистной слой, гранулированная закладка, приготовление гидравлической и твердеющей гранулированных закладочных смесей, объем закладки, последовательность закладочных работ, смежный блок, стоимость закладочных работ.

Для цитирования: Пирогов Г. Г., Воронов Е. Т. Комбинированная гранулированная закладка при сплошной выемке руд прирезками // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. - № 3-2. — С. 125-132. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_32_0_125.

Composite granular backfill in stoping by stripes

G. G. Pirogov1, E. T. Voronov1

1 Transbaikal State University, Chita, Russia

Abstract: In stoping by stripes, an extraction panel is conditionally divided into stripes up to 8 m wide. Extraction of such stripes is carried out in stable ore bodies, by bottom-up slicing

© Г. Г. Пирогов, Е. Т. Воронов. 2021

with backfill. In this case, cemented backfill mixtures are used as it is impossible to retain hydraulic fills inside the indicated boundaries when the neighbor stripes are cut. The cost of cemented backfill can be saved using a composite granular mixture with tailings which are the source of hazardous environmental pollution. In this method, first a cemented granular mixture is used to erect a retaining wall 0.5-2.9 m thick subject to the dip angle on the side of the next strip to be cut, the rest mined-out void is filled with hydraulic granular mix. Backfill operations are carried out immediately after slicing. Stoping operations are moved to the neighbor extraction panel and are returned as backfill is accomplished. The composite granular backfill method protected by a patent is explained graphically. The basic diagram of granular backfill preparation and haulage is proposed. A simplified example of interaction between side rocks and composite backfill is given.

Key words: tailings of enrichment, dredging of prirezok layers, cleaning layer, granulated laying, preparation of hydraulic and hardening granulated laying mixes, volume of laying, sequence of laying works, adjacent block, cost of laying works.

For citation: Pirogov G. G., Voronov E. T. Composite granular backfill in stoping by stripes. MIAB. Mining Inf. Anal. Bull. 2021;(3-2):125-132. [In Russ]. DOI: 10.25018/0236_ 1493 2021 32 0 125.

Введение

В отечественной и зарубежной горнорудной практике наблюдается устойчивый тренд увеличения доли хвостов обогащения, применяемых в качестве заполнителей в закладочных смесях. Этому способствует понимание необходимости утилизации хвостов — опасных источников загрязнения окружающей среды, сокращения объемов хвостох-ранилищ [1 — 5]. Закладочные работы могут включаться в очистной цикл или выполняться после полной отработки очистных камер для улучшения напряженно-деформированного состояния массива горных пород [6 — 9].

Исследователи в работе [10] аргументированно предложили гранулировать тонкодисперсные текущие хвосты обогащения. Рациональным является использование хвостов в виде гранулированной закладки с учетом эффективного гидротранспортирования и возможности повторного извлечения остаточных полезных компонентов физико-химическими методами.

При разработке мощных рудных тел в условиях повышенного горного дав-

ления или высокой ценности руд применяют сплошную слоевую выемку прирезок (лент) [11, 12]. Выработанные пространства отрабатываемых слоев допустимо заполнять только твердеющей закладочной смесью, так как гидравлическую невозможно удержать в границах смежных прирезок. Существенным недостатком твердеющей закладки является высокий расход цемента, что удорожает закладочные работы. На основе патента на способ закладки выработанного пространства [13], полученного нами, предложена комбинированная гранулированная закладка, представляющая собой сочетание гидравлической и твердеющей: в отработанном слое в начале со стороны смежной прирезки сооружают удерживающую стенку из твердеющей гранулированной смеси, затем оставшуюся часть выработанного пространства заполняют гидравлической гранулированной (рис 1).

Основное содержание. Ключевым параметром в сплошных системах разработки слоевой выемкой вертикальных или крутонаклонных прирезок является

ширина очистного слоя. На величину параметра оказывают влияние устойчивость руды, глубина ведения горных работ. Для горно-геологических, геомеханических условий Ново-Широ-кинского золото-полиметаллического месторождения ширина слоя равна 8 м. При ширине слоя 8 м толщина удерживающей стенки при углах падения 55 — 85° составляет 0,5 — 2,8 м [14].

После окончания отработки слоя очистные работы перемещаются в смежный блок. Продолжительность отработки слоя и продолжительность закладки его выработанного пространства связаны соотношениями

Тсл $ Тз,

Тсл = КрезТз,

где Тсл — продолжительность отработки очистного слоя, сутки; Тз — продолжительность закладки слоя, сутки; Крез — коэффициент резерва на возможные отклонения в закладочных работах, Крез = 1,15 — 1,25.

Смысл выражения (1) состоит в том, что продолжительность закладочных работ не должна превышать продолжительности отработки слоя в смежном блоке, что позволяет не прерывать процесс добычи руды, обеспечить взаимозаменяемость производственных процессов. Комбинированная закладка включает несколько стадий: на первой стадии по контакту со смежной прирезкой сооружается бетонная стенка, во вторую оставшуюся часть выработанного пространства слоя после сооружения перемычек заполняют гидравлической смесью, осуществляется фильтрация воды. На поверхность обезвоженной гидравлической закладки укладывается слой цементно-песча-ного раствора толщиной 100—300 мм с нормативной прочностью 0,75 — 1,5 МПа для возможности беспрепятственного перемещения самоходных машин

очистного комплекса. Буровзрывные работы в смежном слое должны иметь щадящий характер, чтобы исключить разрушение удерживающей стенки.

Нами предложена принципиальная схема приготовления и транспортирования закладочных смесей комбинированной закладки (рис. 2). Текущие хвосты обогащения подаются для обезвоживания в гидроциклоны. Обезвоженные хвосты поступают в грануля-тор, из которого часть гранулированных хвостов согласно выполненным расчетам поступает в смеситель для приготовления твердеющей смеси, для образования которой в него подают цемент в количестве 100 — 130 кг/м3 и воду в количестве 450 — 500 л, другая часть поступает в смеситель приготовления гидравлической смеси. Транспортирование смесей осуществляют по двум трубопроводам диаметром 150 мм при крупности гранул 30 мм.

Объем закладочных работ обусловливается факторами, среди которых основные — суточная производительность закладочного комплекса и число очистных слоев, отрабатываемых одновременно, и может быть представлен в виде следующей функции:

К = ДА, Асут.зК, МсП, ТсЛ, Тз, 4,

где У3 — объём закладочных работ, м3; Аг — годовая производительность рудника, т; Асутзк — суточная производительность закладочного комплекса, м3; Ысл — количество очистных слоев в одновременной отработке; d — доля разработки рудных тел месторождения сплошной слоевой выемкой прирезок с комбинированной гранулированной закладкой, д. ед.

Суточный объем закладки ^з) равен

К = Аг, d /

где N — количество рабочих суток в году; у — плотность рудной массы, т/м3.

Puc. 1. Схема способа разработки сплошной слоевой выемкой крутонаклонных прирезок с комбинированной гранулированной закладкой (по патенту [12] с изменениями): 1 — штреки в висячем и лежачем боках; 2 — гидравлическая гранулированная закладка; 3 — удерживающая стенка из твердеющей гранулированной закладки; 4 — отработанные и заложенные прирезки; 5 — искусственная потолочина; 6 — шпуры; 7 — вентиляционный штрек; 8 — прирезки; 9 — заезд в отрабатываемый слой прирезки; 10 — наклонный съезд в проекции вкрест простирания; 11 — искусственная потолочина для нижележащего блока

Fig. 1. Scheme of the method for developing a continuous layer recess of steeply inclined cuts with a combined granular tab (according to the patent [12] with changes): 1 — drifts in the hanging and Lying sides; 2 — hydraulic granulated bookmark; 3 — retaining wall of hardening granulated bookmark; 4 — spent and laid prirezki; 5 — artificial ceiling; 6 — holes; 7 — ventilation drift; 8 — prirezki; 9 — arrival in the processed layer of prirezki; 10 — inclined exit in the projection of the cross-stretch; 11 — artificial ceiling for the underlying block

Продолжительность закладки выработанного пространства слоя включает время на сооружение удерживающей стенки, устройство перемычек и подготовку слоя к гидравлической закладке, подачу гидравлической смеси, фильтрацию воды и упрочнение поверхности гидравлической закладки.

Пример. Суточная производительность рудника 3300 т. Количество слоев в отработке — три. Продолжительность отработки слоя равна:

Тсл = Всл / Рсл,

где Всл — балансовые запасы слоя, т; Рсл — суточная производительность выемки руды, т/сутки.

Балансовые запасы слоя равны

Всл = L6^ Ьсл, hcn, Y,

где L6„ — длина блока, L^ = 150 м; b„ — ширина слоя, Ьсл = 8 м; hcn — толщина

слоя, h^ = 3,0 м; у — плотность полиметаллической руды, у = 3,0 т/м3;

Всл = 150  8  3  3 = 10 800 т,

где Рсл — суточная производительность слоя, Рсл = 1200 т/сутки.

Тсл = 10 800 / 1200 = 9 суток.

Время устройства опалубки бетонной стенки — одни сутки, время возведения бетонной стенки — 0,6 суток, продолжительность подготовки слоя к гидравлической закладке — одни сутки, время заполнения выработанного пространства слоя закладочной смесью — 0,6 суток, продолжительность обезвоживания закладки — одни сутки, продолжительность укрепления поверхности закладки — 3,0 суток. Общее время закладки Тз составляет 7,2 суток.

После отработки в течение 9 суток первого слоя очистные работы пере-

Рuc. 2. Принципиальная схема приготовления и транспортирования твердеющей и гидравлической гранулированных закладочных смесей: 1 — гидроциклон; 2 — подача текущих хвостов обогащения; 3 — накопитель обезвоженных хвостов; 4 — цементный бункер; 5 — гранулятор; 6 — подача воды для гидравлической смеси; 7 — смеситель для твердеющей смеси; 8 — подача воды; 9 — смеситель гидравлической смеси; 10 — трубопровод твердеющей смеси; 11 — трубопровод гидравлической смеси; 12 — очистной блок

Fig. 2. Schematic diagram of preparation and transportation of hardening and hydraulic granular filling mixtures: 1 — hydrocycLone; 2 — feed of current enrichment tailings; 3 — storage of dehydrated tailings; 4 — cement hopper; 5 — granulator; 6 — water supply for hydraulic mixture; 7 — mixer for hardening mixture; 8 — water supply; 9 — mixer of hydraulic mixture; 10 — pipeline of hardening mixture; 11 — pipeline of hydraulic mixture; 12 — treatment unit

мещаются в смежный блок для отработки следующего. Одновременно осуществляют закладочные работы в отработанном первом слое, продолжительность которых согласно ориентировочным расчетам составляет 7,2 суток. Резерв равен 1,8 суток — время, которое может быть использовано на устранение возможных сбоев в закладочных работах. Схема отработки и комбинированной гранулированной закладки очистных слоев приведена на рис. 3.

Заключение

Предложена принципиальная схема приготовления и транспортирования твердеющей и гидравлической гранулированных закладочных смесей. На основе полученного нами патента на способ закладки выработанного пространства при сплошной выемке устойчивых руд прирезками в условиях повышенного горного давления или высокой ценности полезного ископаемого рекомендуется комбинированная гранулированная закладка, представляющая собой

Д.Т 10800

____Т, сутки

и • ш 2 га* га-« ш? ниш б ш7

Рис. 3. Схема отработки и комбинированной гранулированной закладки очистных слоев: 1 — отработка слоя прирезки; 2 — устройство опалубки; 3 — заполнение опалубки удерживающей стенки твердеющей гранулированной смесью; 4 — установка перемычек и ввод закладочного трубопровода; 5 — заполнение выработанного пространства слоя гидравлической гранулированной смесью; 6 — обезвоживание гидравлической закладки; 7 — упрочнение поверхности закладки. Стрелками показан переход от закладочных работ к очистным и из блока в смежный

Fig. 3. Scheme of working out and combined granular filling of working layers: 1 — working off the cutting layer; 2 — formwork device; 3 — filling the retaining wall formwork with a hardening granular mixture; 4 — installation of jumpers and introduction of a backfill pipeline; 5 — filling the worked-out space of the layer with a hydraulic granular mixture; 6 — dehydration of hydraulic backfill; 7 — hardening of the bookmark surface. The arrows show the transition from stowing to cleaning and from a block to an adjacent

сочетание гидравлической закладки рованной закладки достигается сниже-и твердеющей. Применением комбини- ние расхода дорогостоящего цемента.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кузьмин Е. В., Святецкий В. С., Марковец В. В. Сгущение отходов переработки урановых руд с получением пасты для подземного размещения // Горный журнал. — 2018. — № 7. — С. 73 — 77.

2. Sheshpari M. A. Review of Underground Mine Backfil Methods with Emphasis on Cemented Paste Backfil. Electronic Journal of Geotechnical Engineering. 2015 Vol. 20, No. 13. pp. 183 — 208.

3. Pimentel B. S., Gonzalez E. S., Barbosa G. N.O. Decision-support models for sustainable mining networks: fundamentals and challenges // Journal of Cleaner Production. 2016. Vol. 112. Pp. 145 — 157.

4. Matani A. G., Doifode S. K. Effective industrial waste utilization technologies towards cleaner environment // International Journal of Chemical and Physical Sciences. 2015. Vol. 4. no 1. Pp. 536 — 540.

5. Sheshpari M. A. Review of underground mine backfilling methods with emphasis on cemented paste backfill // Electronic Journal of Geotechnical Engineering. 2015. Vol. 20. no 13. Pp. 183 — 208.

6. Белоусов А. С. Оптимизация закладочных работ на урановом руднике ПАО «ППГХО» //Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2015. — № 8. — С. 17 — 20.

7. Крупник Л. А., Шапошник Ю. Н., Шапошник С. Н. Разработка технологии закладочных работ на проектируемом Ново-Лениногорском руднике //Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2015. — № 8. — С. 25 — 33.

8. Дик Ю. А., Котенков А. В., Танков М. С. Практика опытно-промышленных испытаний технологии разработки рудных месторождений. — Екатеринбург: Изд-во Урал. ун — та, 2014. — 480 с.

9. Пирогов Г. Г., Медведев В. В., Подопригора В. Е., Попов С. В. Рациональная технология подземной добычи урановых руд средней устойчивости // Горный журнал. — 2018. — № 7. — С. 35 — 39.

10. Безотходное горно-обогатительное производство на базе подземных комплексов / Ю. Д. Шварц, Р. И. Семигин, И. С. Зицер и другие // Горный журнал. — 1992. — № 5. — С. 42 — 45.

11. Айнбиндер И. И., Овчаренко О. В. Выбор параметров элементов сплошной слоевой системы разработки с закладкой // Теория и практика разработки рудных и нерудных месторождений. — Москва: ИПКОН АН СССР. — 1986. — С. 146—155.

12. Патент РФ № 2327038. Способ разработки сложноструктурных крутопадающих мощных и средней мощности рудных месторождений. Пирогов Г. Г. Опубл. 20.06. 2008 Бюл. № 17.

13. Патент РФ № 2393355. Способ закладки выработанного пространства. Пирогов Г. Г., Лаевский Д. Н. 0публ.27.06.2010 Бюл. № 18.

14. Пирогов Г. Г. Совершенствование закладочных работ при разработке крутопадающих мощных рудных месторождений слоевой выемкой наклонных прирезок // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2008. — № 7. — С. 300—303. ЕЛИ

REFERENCES

1. Kuz'min E. V., Svyateckij V. S., Markovec V. V. Thickening of waste from processing of uranium ores to obtain paste for underground placement. Gornyj zhurnal. 2018. no. 7. pp. 73—77. [In Russ]

2. Sheshpari M. A. Review of Underground Mine Backfil Methods with Emphasis on Cemented Paste Backfil. Electronic Journal of Geotechnical Engineering. 2015 Vol. 20, no. 13. pp. 183—208.

3. Pimentel B. S., Gonzalez E. S., Barbosa G. N.O. Decision-support models for sustainable mining networks: fundamentals and challenges. Journal of Cleaner Production. 2016. Vol. 112. pp. 145 — 157.

4. Matani A. G., Doifode S. K. Effective industrial waste utilization technologies towards cleaner environment. International Journal of Chemical and Physical Sciences. 2015. Vol. 4. no. 1. pp. 536—540.

5. Sheshpari M. A. Review of underground mine backfilling methods with emphasis on cemented paste backfill. Electronic Journal of Geotechnical Engineering. 2015. Vol. 20. no. 13. pp. 183—208.

6. Belousov A. S. Optimization of laying operations at the uranium mine of PJSC "ppgho". MIAB. Mining Inf. Anal. Bull. 2015. no. 8. pp. 17—20. [In Russ]

7. Krupnik L. A., Shaposhnik Yu. N., Shaposhnik S. N. Development of the technology of filling operations at the projected Novo-Leninogorsk mine. MIAB. Mining Inf. Anal. Bull. 2015. no. 8. S. 25—33. [In Russ]

8. Dik Yu. A., Kotenkov A. V., Tankov M. S. Praktika opytno-promyshlennyh ispytanij tekhnologii razrabotki rudnyh mestorozhdenij [Practice of experimental-industrial testing of technology for the development of ore deposits]. Ekaterinburg: Izd-vo Ural. un-ta, 2014. 480 p. [In Russ]

9. Pirogov G. G., Medvedev V. V., Podoprigora V. E., Popov S. V. Rational technology of underground mining of uranium ores of medium stability. Gornyj zhurnal. 2018. no. 7. pp. 35—39. [In Russ]

10. Shvarc Yu. D., Semigin R. I., Zicer I. S. etc. Waste-free mining and processing production on the basis of underground complexes. Gornyj zhurnal. 1992. no. 5. pp. 42 — 45. [In Russ]

11. Ajnbinder I. I., Ovcharenko O. V. Vybor parametrov elementov sploshnoj sloevoj sistemy razrabotki s zakladkoj. Teoriya i praktika razrabotki rudnyh i nerudnyh mestorozhdenij [Selection of parameters of elements of continuous layer development system with backfill. Theory and practice of development of ore and non-metallic deposits]. Moscow: IPKON AN SSSR. 1986. pp. 146—155. [In Russ]

12. Patent RF no. 2327038. Sposob razrabotki slozhnostrukturnyh krutopadayushchih moshchnyh i srednej moshchnosti rudnyh mestorozhdenij. Pirogov G. G. Opubl. 20.06. 2008 Byul. no. 17. [In Russ]

13. Patent RF no. 2393355. Sposob zakladki vyrabotannogo prostranstva. Pirogov G. G., Laevskij D. N. 0publ.27.06.2010 Byul. no. 18. [In Russ]

14. Pirogov G. G. Improvement of stowing works in the development of steeply dipping thick ore deposits by layer excavation of inclined cuts. MIAB. Mining Inf. Anal. Bull. 2008. no. 7. pp. 300—303. [In Russ]

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Пирогов Геннадий Георгиевич1 — докт. техн. наук, профессор, pirogov.chita@mail.ru; Воронов Евгений Тимофеевич1 — доктор технических наук, профессор; 1 Забайкальский государственный университет, Чита, Россия.

INFORMATION ABOUT THE AUTHORS

Pirogov G. G.1, Dr. Sci. (Eng.), Professor; Voronov E. T.1, Dr. Sci. (Eng.), Professor; 1 TransbaikaL State University, Chita, Russia.

Получена редакцией 20.11.2020; получена после рецензии 01.02.2021; принята к печати 10.02.2021. Received by the editors 20.11.2020; received after the review 01.02.2021; accepted for printing 10.02.2021.