Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной разработке месторождений полезных ископаемых с закладкой выработанного пространства.
Известен состав закладочной смеси (см. авт. св. СССР 1620656, E 21 F 15/00, опубл. БИ 2, 1991 г.), включающий мерзлую породу, дополнительный заполнитель и водный раствор поверхностно-активного вещества. В качестве дополнительного заполнителя используют песок при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Дробленые мерзлые породы - 59,4-64,4
Песок - 24,8-30
Водный раствор поверхностно-активного вещества - остальное, а в качестве водного раствора поверхностно-активного вещества - водный раствор смачивателя ДБ в следующем соотношении, мас.%:
Смачиватель ДБ - 0,42-2,6
Вода - Остальное
Недостатком известного состава закладочной смеси является пониженная прочность заложенного из нее массива за счет использования большого количества песка.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является состав закладочной смеси (см. авт. св. СССР 1116184, E 21 F 15/00, С 04 В 31/20, опубл. БИ 36, 1984 г.), включающий дробленую мерзлую породу, воду, дробленый лед и глинистый шлам при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Дробленые мерзлые породы - 58-62
Глинистый шлам - 6-7,5
Дробленый лед - 20-24
Вода - 10-12,5
Недостатком известного состава закладочной смеси является низкая прочность заложенного из нее массива за счет использования в качестве заполнителя 20-24% льда.
Общеизвестно использование вибрационных воздействий для укладки и уплотнения сыпучих материалов (см., например, П.Л. Иванов. Грунты и основания гидротехнических сооружений. Механика грунтов. - М.: Высшая школа, 1991, с. 89-100).
Известен способ возведения закладочного массива в условиях вечной мерзлоты (см. патент РФ 2009329, E 21 F 15/00, опубл. БИ 5, 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 известного способа является сложность техники возведения закладочного массива, заключающаяся в необходимости растаивания грунтов и затем в доведении их до полного насыщения водой. Кроме того, потребность в сухой смеси для использования ее в качестве компенсирующих слоев.
Известен также способ возведения искусственного льдопородного целика (см. авт. св. СССР 1544989, Е 21 F 15/00, опубл. БИ 7, 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.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ закладки выработанного пространства (см. авт. св. СССР 1016539, Е 21 F 15/00, опубл. БИ 17, 1983 г.), включающий подачу в выработанное пространство сыпучего закладочного материала, установку в сыпучем закладочном массиве инъекторов и нагнетание по ним в закладочный массив твердеющего раствора, причем после подачи в выработанное пространство сыпучего закладочного материала подают литую твердеющую смесь до полного заполнения незабученных пустот, а нагнетание твердеющего раствора в закладочный массив производят после затвердевания указанной смеси.
Недостатком известного технического решения является низкая прочность заложенного массива, большой расход инъектированного твердеющего раствора за счет большой пористости сыпучего закладочного материала.
Понятие "закладочная смесь" заменено в дальнейшем понятием "закладочный материал" согласно справочнику "Закладочные работы в шахте". - М.: Недра, 1989, с. 5.
Технической задачей предлагаемого решения является увеличение несущей способности заложенного массива, сокращение расхода твердеющего раствора и упрощение технологии заполнения выработанного пространства за счет создания прочного каркаса из плотно уложенных вибрационными воздействиями дробленых скальных пород и заполнения пор между ними твердеющим раствором, которые занимают в объеме заложенного массива всего только 7-15%.
Поставленная задача решается следующим образом. Закладочный материал, включающий дробленую горную породу, образующую заложенный массив, и инъектированный в его поры твердеющий раствор, согласно техническому решению в качестве дробленой горной породы содержит дробленую скальную породу с гранулометрическим составом, обеспечивающим после ее вибрационной укладки образование заложенного массива с пористостью 7-15%.
Данное техническое решение обеспечивает повышенную прочность заложенного массива выработанного пространства за счет использования дробленых скальных пород с определенным гранулометрическим составом. Гранулометрический состав, крупность по отдельным фракциям и объем каждой из них должны обеспечивать укладку с минимальным количеством пор.
При укладке образуется жесткий несущий каркас из кусков скальных пород, который и определяет несущую способность заложенного массива.
Для увеличения прочности дробленые скальные породы могут быть представлены крепкими, например гранитными, и весьма крепкими, например базальтовыми породами. Чем крупнее кусок самой крупной фракции, тем выше несущая способность заложенного массива.
Выработанное пространство, где предполагается использовать данное техническое решение, выполнено, например, в виде ленты высотой до 3 м, шириной до 6 м, длиной до 50 м и более. В выработанном пространстве не предусматривается применение арматуры и других элементов, осложняющих форму. Это позволяет использовать размер куска самой крупной фракции практически любой - до 500 мм. Чем крупнее куски самой крупной фракции в закладочном материале, тем меньше расход энергии на измельчение при приготовлении его. Крупность куска самой крупной фракции будет определяться техническими возможностями по транспортированию породы до забоя и техникой укладки в выработанное пространство для условий шахты и может быть равной 100-150 мм.
Количество фракций и объем каждой фракции задают, исходя из необходимой пористости заложенного массива из дробленых скальных пород. Причем желательно, чтобы дробленая скальная порода в своем составе не содержала пылевидных частиц и частиц крупностью менее 0,5 мм. Наличие этих частиц будет усложнять процесс инъектирования твердеющего раствора в поры заложенного массива, снижая смачиваемость. Отсев из мелкой и пылевидной фракции желательно использовать при приготовлении твердеющего раствора, инъектируемого в поры заложенного массива.
Предлагаемый закладочный материал, по мнению авторов, найдет широкое применение при отработке мощных месторождений слоевой технологией с закладкой выработанного пространства в восходящем порядке. При этой технологии нет несущих элементов в заложенном массиве, испытывающих растягивающие и сдвигающие нагрузки. Заложенный массив будет подвергаться сжимающим нагрузкам. Каркас заложенного массива из тщательно уложенных (посредством вибрационных нагрузок) кусков дробленых скальных пород обеспечит ему необходимую прочность. Заполнение пор твердеющим раствором необходимо только для обеспечения устойчивости и фиксирования кусков в заложенном массиве, поэтому прочность инъектируемого твердеющего раствора может быть минимальной.
В зависимости от горнотехнических условий выбирают гранулометрический состав дробленой скальной породы. Крупность кусков, количество фракций и объемы каждой из них определяют необходимой пористостью заложенного массива, исходя из экономических соображений.
Что экономичнее: иметь многофракционный состав дробленых скальных пород, обеспечивающий малую пористость (что уменьшит расход твердеющего раствора на инъектирование его в заложенный массив), или небольшое количество фракций, и при укладке в выработанное пространство иметь большую пористость заложенного массива, при заполнении пор которого будут дополнительные расходы на инъектирование? Пористость закладочного материала определяют экономическим расчетом для конкретных горнотехнических условий.
При этом как в том, так и в другом случае можно иметь необходимую прочность заложенного массива.
Целесообразно, чтобы при температуре ниже 0oС твердеющий раствор был мерзлым глинистым.
Данное техническое решение значительно снижает стоимость работ по закладке выработанного пространства, так как прочность льда достаточна, чтобы зафиксировать куски дробленых скальных пород после вибрационной укладки их в выработанное пространство.
При отработке Якутских алмазных месторождений в суровых климатических условиях, когда только 2 месяца в году отсутствуют морозы, а кимберлитовые трубки расположены в зонах вечномерзлых пород, целесообразно использовать низкие температуры для закладочного материала на основе твердеющего раствора.
Скальные горные породы дробят и рассеивают на грохотах по крупности (фракциям). Затем в необходимых по каждой фракции объемах смешивают их между собой и образуют дробленую скальную породу с определенным гранулометрическим составом. Все это ведут на поверхности при отрицательных естественных температурах. В естественно охлажденном виде дробленую скальную породу укладывают в выработанное пространство шахты.
Глинистый раствор готовят в шахте в пропорции, обеспечивающей инъектирование его под давлением в поры заложенного массива. Процентное соотношение компонентов определяют экспериментально, вода составляет ориентировочно 20-40%. Расход глинистого раствора на 1 м3 заложенного массива небольшой (5-10%), запас холода в дробленой скальной породе будет достаточен для замораживания глинистого раствора без каких-либо специальных мер.
Причем имеется возможность регулирования расхода глинистого раствора путем изменения гранулометрического состава дробленых скальных пород.
Целесообразно, чтобы при температуре ниже 0oС твердеющий раствор был мерзлым песчано-глинистым.
Это техническое решение позволяет расширить ассортимент применяемого закладочного материала. При пониженной температуре дробленых скальных пород можно подбором их гранулометрического состава (исключить или уменьшить объем мелких фракций) увеличить пористость заложенного массива. При повышенной пористости целесообразно использовать для инъекции песчано-глинистые растворы.
Целесообразно, чтобы при температуре ниже 0oС твердеющий раствор был мерзлым зольным. Это позволяет утилизировать золу ТЭЦ на руднике, улучшая экологическую обстановку предприятия. Использование золы сокращает расходы на приготовление твердеющего раствора. Кроме того, раствор золы имеет повышенную проникающую способность в пористом заложенном массиве, что эффективно.
Целесообразно, чтобы при температуре ниже 0oС твердеющий раствор был мерзлым раствором илового шлама обогатительной фабрики.
На алмазоизвлекательных фабриках скапливается большое количество иловых шламов, которые не представляют промышленной ценности и ухудшают экологическую обстановку вблизи фабрики. Использование раствора илового шлама в качестве твердеющего раствора значительно упростит технологию приготовления твердеющего раствора и снизит его стоимость.
Целесообразно, чтобы при температуре выше 0oС твердеющий раствор был затвердевшим песчано-цементным.
Песчано-цементный раствор в предлагаемом закладочном материале фиксирует дробленую скальную породу от смещения отдельных ее кусков относительно друг друга. В связи с этим песчано-цементный раствор может обладать ограниченной прочностью. Основное требование, предъявляемое к нему, - проникающая способность в поры между кусками дробленой скальной породы.
Ограниченный объем пор в заложенном массиве требует малого расхода твердеющего раствора, а ограниченная прочность твердеющего раствора - небольшого количества цемента в его составе, и все это в совокупности снизит расход цемента для закладки выработанного пространства.
Целесообразно, чтобы при этом песчано-цементный раствор дополнительно содержал пластификатор.
Применение пластификатора обеспечит дополнительную подвижность песчано-цементного раствора, что увеличит зону распространения его вокруг инъектора, следовательно, снизит трудоемкость инъектирования его в заложенный массив.
Целесообразно, чтобы при температуре выше 0oС твердеющий раствор был затвердевшим песчано-известковым.
В провинции Якутских алмазных месторождений имеются месторождения известняка. Доставка цемента на рудники Якутии - дорогостоящая операция: сначала по реке Лене пароходом, а затем автомобильным транспортом 400-800 км.
Целесообразно производить известь на месте и использовать песчано-известковый раствор для закрепления дробленой горной породы после ее вибрационной укладки. При этом предъявляется требование к ограниченной прочности закрепляющего твердеющего раствора.
Целесообразно, чтобы при температуре выше 0oС твердеющий раствор был затвердевшим песчано-гипсовым.
В провинции Якутских алмазных месторождений имеются месторождения гипса и имеется возможность получения гипса как строительного закрепляющего материала. В практике отработки кимберлитовых трубок подземным способом возможен вариант создания заложенного массива при ограниченном времени его заполнения закладочным материалом для создания безопасных условий работы. В этих случаях целесообразно использовать песчано-гипсовый твердеющий раствор, который имеет весьма короткий период твердения.
Целесообразно, чтобы при температуре выше 0oС твердеющий раствор был затвердевшим раствором активированного шлака, например доменного.
В предлагаемой технологии существенно снижены требования к прочности твердеющего раствора. Можно использовать заменители цемента в виде активированного (измельченного) шлака. Его целесообразно использовать с целью сокращения расхода цемента. Шлак получают при переработке известняка, гипса и т.п. Это улучшает экологическую обстановку вблизи рудника.
Целесообразно, чтобы при температуре выше 0oС твердеющий раствор был затвердевшей синтетической смолой.
Для условий, когда к заложенному массиву предъявляются дополнительные требования по гидроизоляции, целесообразно использовать твердеющий раствор из синтетической смолы, в том числе из смолы, склонной к вспениванию при контакте с водой.
При правильном подборе гранулометрического состава дробленых скальных пород можно обеспечить минимальную пористость, что сократит расход синтетической смолы, а современное развитие инъекционной техники обеспечивает инъектирование смолы даже при естественном кливаже и трещиноватости.
При использовании вспенивающейся смолы можно получить заложенный массив с надежной гидроизоляцией.
Целесообразно, чтобы при этом синтетическая смола дополнительно содержала инертные добавки.
При применении закладочного материала из дробленых скальных пород, имеющего относительно большую пористость, целесообразно использовать твердеющий раствор с синтетической смолой, дополнительно содержащей инертные добавки. Это уменьшит расход синтетической смолы, в то же время обеспечит большую зону инъектирования для каждого из инъекторов.
Техническая задача решается также тем, что в способе укладки в выработанное пространство закладочного материала, включающем подачу дробленой горной породы в выработанное пространство, укладку ее с образованием заложенного массива, установку в последнем инъекторов и инъектирование твердеющего раствора в поры заложенного массива, согласно техническому решению используют закладочный материал по п.1, 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.
Одновременно закладывают закладочным материалом по п.1 не весь объем выработанного пространства, а только его часть. Это необходимо для того, чтобы в выработанном пространстве, где ведется заполнение, создать вибрационное воздействие с необходимой интенсивностью. В части объема упрощается контроль, а также снижается необходимая мощность вибрационного источника. Причем возможно использование нескольких источников вибрационного воздействия, одновременно работающих в выделенной части объема выработанного пространства. По мере поступления дробленой скальной породы ее отдельные куски под действием собственного веса и вибрационного воздействия укладывают в объеме выработанного пространства. Все промежутки между крупными кусками заполняют кусками более мелкими. В технической литературе по уплотнению грунтов при строительстве насыпных плотин употребляется и узаконен термин "плотность сложения", имеется "коэффициент относительной плотности сложения", максимальное значение которого 1,0, то есть все поры между крупными кусками заполнены последовательно более мелкими кусками. При определенном гранулометрическом составе плотность сложения может быть максимально возможной, но поры присутствуют, потому что в этом составе не было кусков породы, которые бы размещались в эти поры.
Если вести одновременно с заполнением части объема выработанного пространства вибрационное воздействие на дробленые скальные породы, то можно сложить его с максимальной плотностью, образовав прочный каркас из дробленых скальных пород.
Каркас будет воспринимать всю статическую нагрузку. Прочность такого каркаса зависит от прочности дробленых скальных пород и крупности самой крупной фракции гранулометрического состава. Для того, чтобы требуемая прочность заложенного массива сохранялась в пределах прочности дробленых скальных пород, необходима устойчивость сложенного каркаса, то есть фиксация положения кусков в заложенном массиве.
Целесообразно, чтобы при температуре ниже 0oС твердеющий раствор был мерзлым глинистым.
Для фиксации сложенного каркаса из скальных пород поры заполняют твердеющим раствором посредством инъектирования его под давлением.
В зависимости от температуры окружающей среды можно использовать различные твердеющие растворы.
При температуре ниже 0oС целесообразно, чтобы в твердеющем растворе были горные породы, содержащие воду. Прочность льда достаточна для фиксации кусков дробленых скальных пород, тщательно уложенных посредством вибрационного воздействия. В качестве заполнителя в твердеющем растворе можно использовать глину.
Целесообразно также, чтобы при температуре ниже 0oС твердеющий раствор был мерзлым песчано-глинистым.
Для фиксации дробленых скальных пород, тщательно уложенных вибрационным воздействием, когда в дробленых породах отсутствует мелкая фракция, целесообразно использовать песчано-глинистый раствор с преобладанием песка в растворе, что повышает прочность заложенного массива.
Целесообразно также, чтобы при температуре ниже 0oС твердеющий раствор был мерзлым зольным.
Для фиксации дробленых скальных пород, тщательно уложенных вибрационным воздействием, целесообразно использовать растворы золы ТЭЦ.
Растворы золы имеют повышенную проникающую способность в пористый заложенный массив.
При температуре ниже 0oС твердеющий раствор может быть мерзлым раствором илового шлама обогатительной фабрики.
Целесообразно использовать иловые шламы алмазоизвлекательных фабрик, так как они состоят из мелких фракций скальных пород и способны под давлением хорошо проникать в поры тщательно уложенного вибрационным воздействием заложенного массива.
При температуре выше 0oС твердеющий раствор может быть также затвердевшим песчано-цементным.
Для дробленых скальных пород, тщательно уложенных вибрационным воздействием, целесообразно использовать песчано-цементный раствор, который нагнетают под давлением. Это позволяет увеличить прочность заложенного массива и снизить расход цемента.
При этом целесообразно, чтобы песчано-цементный раствор дополнительно содержал пластификатор.
Использованием пластификатора увеличивают проникающую способность песчано-цементного раствора в поры дробленых скальных пород, тщательно уложенных вибрационным воздействием.
При температуре выше 0oС твердеющий раствор может быть затвердевшим песчано-известковым.
Использование песчано-известкового раствора для заполнения пор в дробленых скальных породах, тщательно уложенных в массиве вибрационным воздействием, обеспечит надежную прочность массива и снизит расходы на выполнение закладочных работ за счет использования извести местного производства вместо привозного цемента.
При температуре выше 0oС твердеющий раствор может быть затвердевшим песчано-гипсовым.
Использование песчано-гипсового раствора для заполнения пор в дробленых скальных породах, тщательно уложенных в массиве вибрационным воздействием, обеспечит надежную прочность, уменьшит срок твердения заложенного массива при уменьшении расхода гипса.
При температуре выше 0oС твердеющий раствор может быть затвердевшим раствором активированного шлака, например доменного.
Использование активированного шлака, например доменного, для заполнения пор в дробленых скальных породах, тщательно уложенных в массиве вибрационным воздействием, значительно повысит прочность заложенного массива.
При температуре выше 0oС твердеющий раствор может быть затвердевшей синтетической смолой.
Использование синтетической смолы для заполнения пор в дробленых скальных породах, тщательно уложенных вибрационным воздействием в заложенном массиве, повышает прочность заложенного массива и обеспечивает его гидроизоляцию.
При этом целесообразно, чтобы синтетическая смола дополнительно содержала инертные добавки.
Использование синтетической смолы с инертными добавками для заполнения пор в дробленых скальных породах, тщательно уложенных вибрационным воздействием в заложенном массиве, снижает расход синтетической смолы.
Целесообразно сначала через инъекторы вести обработку заложенного массива водяным паром, после чего инъектировать в его поры твердеющий раствор.
Обработка заложенного массива водяным паром обеспечит смачиваемость кусков дробленых скальных пород. На холодной поверхности кусков горных пород образуется тонкая пленка сконденсированной воды, которая и обеспечит смачиваемость поверхности кусков горных пород водой твердеющего раствора. Желательно использовать для этой цели перегретый водяной пар повышенной влажности (по терминологии теплотехников - "мятый водяной пар") при коротком времени воздействия, чтобы не было растепления массива; нагрев кусков перегретым водяным паром будет поверхностным.
Желательно воздействие перегретого водяного пара повышенного давления. За счет повышенного давления он проникает на большую глубину. Кроме того, затем при резком снижении давления при конденсации пара будет облегчено проникновение твердеющего раствора.
Целесообразно инъектирование вести от кровли к почве выработанного пространства.
Данный порядок инъектирования обеспечивает повышенное давление и более полное заполнение пор заложенного массива, что впоследствии увеличивает его устойчивость.
Целесообразно также инъектирование вести от почвы к кровле выработанного пространства. Это обеспечивает полное забучивание пустот между заложенным массивом и кровлей выработанного пространства и тем самым уменьшает расслоение рудного массива.
Целесообразно вибрационное воздействие при укладке дробленой скальной породы вести стержневыми элементами с каналами, через которые инъектируют твердеющий раствор в поры заложенного массива выработанного пространства.
При ограниченных размерах ленты выработанного пространства целесообразно использовать жесткие стержневые элементы, через каналы которых в последующем инъектируют твердеющий раствор в заложенный массив, для этого к стержневым элементам присоединяют вибровозбудители. Это упрощает технику процесса инъектирования и технологию ведения закладочных работ, особенно при ограниченных размерах очистного забоя.
Во втором варианте способа укладки в выработанное пространство закладочного материала, включающего подачу дробленой горной породы в выработанное пространство, укладку ее с образованием заложенного массива, установку в последнем инъекторов и инъектирование твердеющего раствора в поры заложенного массива, согласно техническому решению используют закладочный материал по п. 1, 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, а после образования заложенного массива в поры его участков инъектируют твердеющие растворы, при этом для каждого участка твердеющий раствор по одному из пп.2-12 выбирают в зависимости от состояния руды в его кровле и напряженного состояния массива в нем.
В зависимости от напряженного состояния руды кровли определяют необходимую прочность заложенного массива по отдельным участкам. В соответствии с этим определяют степень уплотнения укладки дробленых горных пород. Ведут вибрационное воздействие для получения заданной плотности сложения на этих конкретных участках ленты. Кроме того, подбирают инъектирующий раствор для каждого из участков. Например, в выработанном пространстве участка с неустойчивой кровлей инъектрируют твердеющий раствор повышенной прочности - песчано-цементный, а в остальную часть - глинистый раствор. Кроме того, применение твердеющего раствора с повышенной прочностью необходимо на участках, прилегающих к действующим горным выработкам, а в остальной заложенный массив можно инъектировать менее прочный твердеющий раствор. Все операции ведут по проекту, в котором отображены фактические горно-геологические условия при выработке слоя. Вышеуказанное обеспечивает повышение безопасности работ и снижение расхода дорогостоящих вяжущих веществ.
При этом целесообразно сначала через инъекторы вести обработку заложенного массива водяным паром, после чего инъектировать в поры участков выбранные для них твердеющие растворы.
Использование водяного пара способствует образованию пленки из конденсатной воды на кусках скальных пород в плотно уложенном участке массива, что улучшает степень инъектирования твердеющего раствора и повышает прочность.
Целесообразно инъектирование выбранных для участков твердеющих растворов вести от кровли к почве выработанного пространства.
Данный порядок инъектирования обеспечивает повышенное давление и более полное заполнение пор заложенного участка массива, что впоследствии увеличивает его устойчивость.
Целесообразно также инъектирование выбранных для участков твердеющих растворов вести от почвы к кровле выработанного пространства. Это обеспечивает полное забучивание пустот между заложенными участками массива и кровлей выработанного пространства и тем самым уменьшает расслоение рудного массива.
Целесообразно вибрационное воздействие при укладке дробленой скальной породы вести стержневыми элементами с каналами, через которые инъектируют в поры участков заложенного массива выработанного пространства выбранные для них твердеющие растворы.
При ограниченных размерах ленты выработанного пространства целесообразно использовать жесткие стержневые элементы, через каналы которых в последующем инъектируют твердеющий раствор в участок заложенного массива, для этого к стержневым элементам присоединяют вибровозбудители. Это упрощает технику процесса инъектирования и технологию ведения закладочных работ, особенно при ограниченных размерах очистного забоя.
Сущность технического решения поясняется примерами реализации.
Составляющие закладочного материала приготавливают следующим образом.
Скальную горную породу дробят известными дробилками до необходимой крупности. Производят рассев дробленой скальной породы на фракции в соответствии с гранулометрическим составом. Предварительными исследованиями устанавливают, из каких объемов фракций дробленых скальных пород получают заложенный массив при максимальном сложении посредством вибрационных нагрузок с определенной остаточной пористостью.
Согласно выработанным рекомендациям составляют методику, в которой указаны объемы фракций дробленых скальных пород для получения определенной пористости.
По разработанной методике, исходя из горнотехнических условий, набирают объемы фракций дробленых скальных пород и производят смешивание фракций между собой.
Все вышеперечисленные действия по приготовлению дробленой скальной породы ведут при температуре окружающей среды. Подготовленную дробленую скальную породу доставляют в забой для укладки в выработанное пространство.
В зависимости от температуры в выработанном пространстве и приготовленной дробленой скальной породы (выше или ниже 0oС) производят подбор и приготовление твердеющего раствора.
При температуре ниже 0oС (отрицательной) в качестве твердеющего раствора используют мерзлые глинистый водный раствор, водный раствор золы, водный раствор илового шлама обогатительной фабрики, водный песчано-глинистый раствор.
Для каждого из вышеперечисленных растворов специальными исследованиями устанавливают необходимое соотношение воды и твердой добавки (песка, глины с песком, золы, илового шлама обогатительной фабрики) в зависимости от пористости заложенного массива и его температуры, при которых получают наилучшее закрепление дробленой скальной породы. На основании этих исследований составляют технологическую инструкцию по приготовлению и инъектированию твердеющего раствора.
Твердеющие растворы определенного состава готовят в забое по технологической инструкции в зависимости от горнотехнических условий.
При температуре выше 0oС (положительной) в качестве твердеющего раствора используют песчано-цементный водный раствор, песчано-цементный водный раствор с добавлением пластификатора, песчано-известковый водный раствор, песчано-гипсовый водный раствор, водный раствор активированного шлака, например доменного. Для каждого из вышеперечисленных твердеющих водных растворов согласно проведенным специальным исследованиям составляют технологическую инструкцию по приготовлению и инъектированию его в заложенный массив.
При составлении технологической инструкции учитывают горнотехнические условия заложенного массива и свойства каждого из твердеющих растворов.
Кроме того, в качестве твердеющего раствора может быть использована синтетическая твердеющая смола или синтетическая твердеющая смола, дополнительно содержащая инертные добавки.
Твердеющие растворы на основе вяжущих веществ при температуре выше 0oС готовят в забое по технологической инструкции с учетом горнотехнических условий выработанного пространства и заложенного дроблеными скальными породами массива.
Пример осуществления способа укладки в выработанное пространство закладочного материала.
По первому варианту способа доставленную в забой дробленую скальную породу определенного гранулометрического состава укладывают в часть объема выработанного пространства, образуя заложенный массив. После образования заложенного массива в его поры инъектируют приготовленный твердеющий раствор.
При температуре ниже 0oС инъектируют водные растворы, например глины, до полного насыщения пор заложенного массива. Работы ведут по технологической инструкции, в которой указано конечное давление инъектирования для каждого конкретного случая.
За счет отрицательной температуры окружающей среды (дробленой скальной породы, выработанного пространства и руды) вода в глинистом растворе, размещенная в порах, замерзает и фиксирует положение каждого куска уложенной дробленой скальной породы. Дробленая скальная порода является основным несущим элементом заложенного массива, а замерзший глинистый раствор только фиксирует положение каркаса из дробленых скальных пород.
В зависимости от горнотехнических условий в качестве твердеющего раствора при температуре ниже 0oС могут быть использованы замерзающие водный глинистый, водный песчано-глинистый, водный зольный, водный раствор илового шлама обогатительной фабрики.
При температуре выше 0oС инъектирование ведут песчано-цементным раствором по технологической инструкции, в которой указано давление инъектирования для каждого конкретного случая. Причем в виду того, что основную несущую функцию выполняет каркас из уложенных кусков дробленой скальной породы определенного гранулометрического состава, снижают требования к прочности твердеющего песчано-цементного раствора. "Кубиковая" прочность твердеющего песчано-цементного раствора может быть минимально возможной, что снизит расход цемента.
Для обеспечения дополнительной подвижности песчано-цементного раствора целесообразно использовать пластификаторы, которые снизят трудоемкость инъектирования твердеющего раствора в поры заложенного массива.
Кроме того, при температуре выше 0oС в качестве твердеющего раствора могут быть использованы твердеющие растворы: песчано-известковый, песчано-гипсовый, из активированного шлака, например доменного. Применение каждого из перечисленных растворов проводят по технологической инструкции для конкретных горнотехнических условий.
Инъектирование могут производить твердеющими синтетическими смолами, когда по горнотехническим и горно-геологическим условиям требуется дополнительная гидроизоляция выработанного пространства около охраняемых горных выработок. В качестве синтетических смол можно использовать вспенивающиеся при контакте с водой, а также синтетические смолы с инертными добавками.
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.
Одновременно закладывают не весь объем выработанного пространства, а только его часть. Это необходимо для того, чтобы в выработанном пространстве, где ведется заполнение, создать вибрационное воздействие с необходимой интенсивностью. При этом упрощается контроль интенсивности вибрационного воздействия, а также снижается необходимая мощность вибрационного источника. Причем возможно использование нескольких источников вибрационного воздействия, одновременно работающих в выделенной части объема выработанного пространства. По мере поступления дробленой скальной породы ее отдельные куски под действием собственного веса и вибрационного воздействия укладывают в объеме выработанного пространства. Все промежутки между крупными кусками заполняют кусками более мелкими, образуя прочный каркас из дробленых скальных пород. Каркас будет воспринимать всю статическую нагрузку. Прочность такого каркаса зависит от прочности дробленых скальных пород и крупности ее самой крупной фракции. Для того, чтобы требуемая прочность заложенного массива сохранялась в пределах прочности дробленых горных пород, необходима устойчивость сложенного каркаса, то есть фиксация положения кусков в заложенном массиве, для чего заполнение пор ведут инъектированием твердеющего раствора в зависимости от горнотехнических условий.
Перед ведением работ по инъектированию твердеющего раствора в поры заложенного массива могут производить обработку, например, перегретым водяным паром. Через инъектор в заложенный массив подают перегретый водяной пар в течение 5-30 секунд. Время обработки перегретым водяным паром выбирают с учетом того, чтобы не было растепления массива, а на дробленых скальных породах успела образоваться пленка из конденсатной воды, которая способствует проникновению твердеющего раствора и лучшему сцеплению его с кусками скальных пород. После обработки перегретым водяным паром ведут инъектирование твердеющего раствора в заложенный массив.
Инъектирование в заложенный массив через инъекторы твердеющего раствора можно вести в зависимости от горнотехнических условий в нисходящем порядке, начиная от кровли выработанного пространства к почве, или в восходящем порядке - от почвы к кровле с применением всех вышеописанных твердеющих растворов.
Укладку дробленой скальной породы в ограниченном объеме выработанного пространства можно производить вибрационными стержневым элементами, через каналы которых в последующем ведут инъектирование твердеющего раствора в оставшиеся поры заложенного массива.
При укладке дробленой скальной породы в ограниченном объеме выработанного пространства можно одновременно производить и инъектирование твердеющего раствора в заложенный массив. При этом возможен вариант, когда в качестве вибрационных источников используют стержневые элементы, через каналы которых ведут инъектирование в заложенный массив или его участки, а в качестве источника вибрационных воздействий используют специальные устройства.
По втором варианту способа инъектирование в заложенный массив выработанного пространства через инъекторы твердеющего раствора производят участками. В зависимости от горнотехнических условий выбирают участки, которые инъектируют более прочными твердеющими растворами или менее прочными, а также в целях гидроизоляции для инъектирования выбирают синтетическую вспенивающуюся смолу, что позволяет управлять кровлей очистного пространства и снижать расходы на закладочные работы. Остальные операции производят так же, как в первом варианте способа.
Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной разработке месторождений полезных ископаемых с закладкой выработанного пространства. Технический результат - увеличение несущей способности заложенного массива, сокращение расхода твердеющего раствора и упрощение технологии заполнения выработанного пространства. Закладочный материал, включающий дробленую горную породу, образующую заложенный массив, и инъектированный в его поры твердеющий раствор, в качестве дробленой горной породы содержит скальную породу с гранулометрическим составом, обеспечивающим после ее вибрационной укладки образование заложенного массива с пористостью 7-15%. Способ укладки в выработанное пространство закладочного материала включает подачу дробленой горной породы в выработанное пространство, укладку ее с образованием заложенного массива, установку в последнем инъекторов и инъектирование твердеющего раствора в поры заложенного массива, причем 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. Твердеющий раствор для каждого участка может выбираться в зависимости от состояния руды в его кровле и напряженного состояния массива в нем. 3 с. и 30 з.п. ф-лы.
| Способ закладки выработанного пространства | 1982 |
|
SU1016539A1 |
| Способ возведения искусственного льдопородного целика | 1988 |
|
SU1544989A1 |
| Способ виброуплотнения закладочногоМАССиВА | 1978 |
|
SU838096A1 |
| Способ приготовления закладочных смесей из дробленых пород | 1987 |
|
SU1476155A1 |
| СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХЛЕБОПЕКАРНЫХ БИОСЕЛЕНОВЫХ ДРОЖЖЕЙ | 1997 |
|
RU2103352C1 |
| DE 2939051 A1, 11.06.1981. | |||
