Применение бутобетонной смеси при разработке рудных месторождений с искусственным поддержанием выработанного пространства

Обобщена практика применения бутобетонной смеси при отработке запасов рудных месторождений с искусственным поддержанием выработанного пространства. Основная область применения бутобетона — маломощные, реже средней мощности, крутопадающие рудные тела. Обзор применения бутобетонной смеси показал, что среднее значение прочности искусственного массива варьируется от 2 до 5 Мпа. Размер крупного заполнителя играет важную роль; рекомендуется использовать фракцию в пределах 70—100 мм. Самое распространенное вяжущее вещество — портландцемент; рудничные и грунтовые воды подходят для замешивания смеси при условии, если показатель кислотности pH = 4 –12,5, содержание сульфатов не превышает 2,7 г/л, а взвешенных частиц не более 0,3 г/л. В статье даются рекомендации по дальнейшему направлению исследований в области применения бутобетона, в частности: определение прочностных свойств бутобетона при фракции крупного заполнителя 150—200 мм; аналитические исследования по определению конструктивных параметров систем разработки; численное моделирование изменения напряженно-деформированного состояния массива при отработке запасов; разработка рекомендаций по применению бутобетона на основании результатов опытно-промышленных испытаний. В целях снижения себестоимости ведения очистных работ с применением бутобетона порядок отработки запасов блока рекомендуется следующий: вначале формируются бутобетонные целики, затем отрабатываются запасы камеры и камера засыпается сухой закладкой.

Зилеев А. Г., Васильев Д. А., Тулин П. К., Нгуен Т. Т., Комолов В. В. Применение бутобетонной смеси при разработке рудных месторождений с искусственным поддержанием выработанного пространства // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 6—1. — С. 21—34. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_61_0_21.

Исследование выполнено за счет субсидии на выполнение государственного задания в сфере научной деятельности на 2021 год №FSRW-2020-0014.

Зилеев Александр Геннадьевич¹ — канд. техн. наук, доцент, ORCID ID: 0000-00019586-8379, e-mail: zileev_ag@pers.spmi.ru;
Васильев Даниил Анатольевич¹ — ведущий инженер, e-mail: Vasilev_DA4@pers.spmi.ru;
Тулин Павел Кириллович — канд. техн. наук, доцент, ORCID ID: 0000-0002-0820-4759, e-mail: Tulin_PK@pers.spmi.ru;
Нгуен Тай Тиен¹ — аспирант, ORCID ID: 0000-0002-5246-9252, e-mail: s185101@stud. spmi.ru;
Комолов Василий Викторович¹ — аспирант, e-mail:s185077@stud.spmi.ru;
¹ СПГУ, 199106, Санкт-Петербург, 21-я линия, д. 2, Россия.

Зилеев Александр Геннадьевич, e-mail: zileev_ag@pers.spmi.ru.

1. Fall M., Célestin J. C., Pokharel M., Touré M. A. Contribution to understanding the effects of curing temperature on the mechanical properties of mine cemented tailings backfill // Engineering Geology. 2010, vol. 114, no. 3, pp. 397–413. DOI: 10.1016/j. enggeo.2010.05.016.

2. Li L. Generalized solution for mining backfill design // International Journal of Geomechanics. 2014, vol. 14, no 3. pp. 613–624. DOI: 10.1061/(ASCE)GM.1943—5622.0000329.

3. Nasir O., Fall M. Modeling the heat development in hydrating CPB structures // Computers and Geotechnics. 2009, vol. 36, no. 7, pp. 1207–1218. DOI: 10.1016/j. compgeo.2009.05.008.

4. Zhu W. B., Xu J. M., Xu J. L., Chen D. Y., Shi J. X. Pier-column backfill mining technology for controlling surface subsidence // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2017, vol. 96, pp. 58–65. DOI:10.1016/j.ijrmms.2017.04.014.

5. Zhang J. X., Li B. Y., Zhou N., Zhang Q. Application of solid backfilling to reduce hardroof caving and longwall coal face burst potential // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2016, vol. 88, pp. 197–205. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2016.07.025.

6. Zhou N., Li M., Zhang J. X., Gao R. Roadway backfill method to prevent geohazards induced by room and pillar mining: a case study in Changxing coal mine // Natural Hazards and Earth System Sciences. 2016, vol.16, no.12, pp. 2473–2484. DOI:10.5194/nhess-16—2473—2016.

7. Benzaazoua M., Bussiere B., Demers I., Aubertin M., Fried E., Blier A. Integrated mine tailings management by combining environmental desulphurization and cemented paste backfll: application to mine Doyon, Quebec, Canada // Minerals Engineering. 2008, vol. 21, no. 4, pp. 330–340. DOI: 10.1016/j.mineng.2007.11.012.

8. Kesimal A., Yilmaz E., Ercikdi B., Alp I., Deveci H. Effect of properties of tailings and binder on the short-and long-term strength and stability of cemented paste backfill // Materials Letters. 2005, vol. 59, no. 28, pp. 3703–3709. DOI:10.1016/j.matlet.2005.06.042.

9. Jiang H., Fall M., Li Y., Han J. An experimental study on compressive behaviour of cemented rockfill // Construction and Building Materials. 2019, vol. 213, pp. 10–19. DOI: 10.1016/j.ultras.2018.09.008.

10. Wu J., Feng M., Chen Z., Mao X., Han G., Wang Y. Particle Size Distribution Effects on the Strength Characteristic of Cemented Paste Backfill // Minerals. 2018, vol.8, no. 8 (322), pp. 1–21. DOI: 10.3390/min8080322.

11. Wu J., Feng M., Ni X., Mao X., Chen Z., Han G. Aggregate gradation effects on dilatancy behavior and acoustic characteristic of cemented rockfill // Ultrasonics. 2019, vol. 92, pp. 79–92. DOI: 10.1016/j.ultras.2018.09.008.

12. Smirnova O. M. Low-Clinker Cements with Low Water Demand // Journal of Materials in Civil Engineering. 2020, vol. 32, iss. 7, 0602000. DOI: 10.1061/(ASCE) MT.1943—5533.0003241.

13. Smirnova O. M., Potyomkin D. A. Influence of ground granulated blast furnace slag properties on the superplasticizers effect // International Journal of Civil Engineering and Technology. 2018, vol. 9, no. 7, pp. 874–880.

14. Li M., Zhang J., Liu Z., Zhao X., Huang P. Mechanical analysis of roof stability under nonlinear compaction of solid backfill body // International Journal of Mining Science and Technology. 2016, vol. 26, pp. 863–868. DOI: 10.1016/j.ijmst.2016.05.029.

15. Mo S., Canbulat I., Zhang C., Oh J., Shen B., Hagan P. Numerical investigation into the effect of backfilling on coal pillar strength in highwall mining // International Journal of Mining Science and Technology. 2018, vol. 28, pp. 281–286. DOI: 10.1016/j. ijmst.2017.07.003.

16. Zhang J., Zhang Q., Huang Y., Liu J., Zhou N., Zan D. Strata movement controlling effect of waste and fly ash backfillings in fully mechanized coal mining with backfilling face // Mining Science and Technology. 2011, vol. 21, pp. 721–726. DOI: 10.1016/j. mstc.2011.03.003.

17. Ковальский Е. Р., Громцев К. В., Петров Д. Н. Моделирование процесса деформирования междукамерных целиков в условиях закладки очистных камер // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 9. — С. 87–101. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-9-0—87—101.

18. Овчаренко О. В., Айбиндер И. И., Пацкевич П. Г. Исследование удароопасности массива горных пород месторождения «Морошка», отрабатываемого системой разработки с закладкой выработанного пространства // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2018. — № 8. — С. 5–15. DOI: 10.25018/0236-1493-2018-8-0—5-15.

19. Хайрутдинов А. М., Конгар-Сюрюн Ч. Б., Kowalik T., Тюляева Ю. С. Управление напряженно-деформационным состоянием массива горных пород путем формирования разнопрочностной закладки // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 10. — С. 42–55. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-10—0-42—55.

20. Трушко В. Л., Господариков А. П., Созонов К. В. Расчет напряженно-деформированного состояния рудного и закладочного массивов при разработке Яковлевского железорудного месторождения // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 5. — С. 111–123. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-05—0-111—123.

21. Lingga B. A., Derek Apel D., Sepehri M., Pu Y. Assessment of digital image correlation method in determining large scale cemented rockfill strains // International Journal of Mining Science and Technology. 2018, vol. 29, no. 5, pp. 771–776. DOI: 10.1016/j.ijmst.2018.12.002.

22. Salvoldi B. G., Van Der Spuy B, Wilson S. Optimisation of cemented aggregate backfill at New Luika Gold Mine // Paste 2019: Proceedings of the 22nd International Conference on Paste, Thickened and Filtered Tailings. Cape Town, South Africa, 2019, pp. 437–450. DOI: 10.36487/ACG_rep/1910_32_Salvoldi.

23. Pagé P., Li L., Pengyu Yang P., Simon R. Numerical investigation of the stability of a base-exposed sill mat made of cemented backfill // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2019, vol. 114, pp. 195–207. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2018.10.008.

24. Saw H., Prentice S., Villaescusa E. Characterisation of cemented rock fill materials for the Cosmos nickel mine, Western Australia // International Conference on Advances in Construction Materials through Science and Engineering. Hong Kong, China, 2011. pp. 1–8. Available at: https://rockmechanics.curtin.edu.au/wp-content/uploads/sites/15/2016/11/ Characterisation-of-cemented-rock-fill-materials-for-the-Cosmos-nickel-mine-WA-2011-.pdf.

25. Sainsbury D. P., Sainsbury B. L. Design and implementation of cemented rockfill at the Ballarat Gold Project // Conference: Minefill 2014. Perth, Australia, 2014, pp. 205–216. DOI: 10.36487/ACG_rep/1404_15_Sainsbury.

26. Stone D., G. M. R. The Optimization of Mix Designs for Cemented Rockfill // Minefill 1993. SAIMM, Johannesburg, South Africa, 1993, pp. 249–253.

27. Stone D. Factors that affect cemented rockfill quality in Nevada mines // Minefill 2007. The 9th International Symposium on Mining with Backfill. Montreal, Canada, 2007, pp. 1–6.

28. Yu T. R., Counter D. B. Backfill practice and technology at Kidd Creek Mines // Canadian Mining and Metallurgical Bulletin.1983, vol.76, no. 856, pp. 56–65.

29. Куранов А. Д. Применение численного моделирования для выбора безопасных параметров систем разработки рудных месторождений в высоконапряженных массивах // Записки Горного института. — 2014. — Т. 206. — С. 60–64.

30. Инновационные направления в проектировании горнодобывающих предприятий: геомеханическое обеспечение проектирования и сопровождения горных работ (Санкт-Петербург, 15—17 мая 2017 г.) / научные редакторы: А. Н. Шабаров, К. В. Морозов. — СПб: СПГУ, 2017. — 486 с.

31. Щукин С. А., Неверов А. А., Неверов С. А., Шапошник Ю. Н., Никольский А. М. Отработка подкарьерных запасов подэта их нашла так: Кузьменко, Петлеваный, Усатыйжно-камерной технологией с формированием искусственных целиков и породной закладки // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2020. — №4. — С. 205–215. DOI: 10.33764/2618—981X-2021—2-4—205—215.

32. Кузменко О. М., Петлёваный М. В., Усатый В. Ю. Твердеющая закладка при отработке рудных крутых залежей в сложных горно-геологических условиях [Электронный ресурс] // РВВ-2015. — 138 с.: [сайт]. [2015]. URL: http://ir.nmu.org.ua/ handle/123456789/146610 (дата обращения: 15.11.2021).