КОНТРОЛЬ ЗАПОЛНЕННОСТИ КАМЕРЫ И УГЛОВ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РАСТВОРОВ В СЛОЖНЫХ РУДНЫХ ТЕЛАХ

АННОТАЦИЯ

В данной статье описываются преимущества размещения закладок в камере с помощью уровнемера в условиях Каульдинского месторождения, одного из сложных рудников. Из-за горизонтального расположения камер, разрабатываемых на месторождении Каульды, при заполнении камеры закладкой между нею и потолком образуется 20 % пустот.

Уровнемеры позволяют дистанционно контролировать состояние заполнения затвердевающей закладки в камеру и обеспечивают 100 % заполнение камеры.

ABSTRACT

This article outlines the advantages of placing a load in a chamber using a level gauge under the conditions of one of the complex Kavuldi deposits. Due to the complexity of the chambers extracted in the horizontal position at the Kavuldi deposit, when filling the chambers with filling, 20% of voids are formed between filling and replacement.

Using level gauges, it is possible to remotely monitor the filling state of the aggregate freezing in the chamber and ensure that the chamber is 100% filled.

Ключевые слова: затвердевающая закладка, искусственный массив, уровнемер, затвердевший бетон углы, развертки заполнителя, водно-цементный.

Keywords: hardening packing, slimy massif, level gauge, hardened concrete corners, aggregate spreads, water-cement.

Введение. Состав затвердевающего заполнителя следует выбирать в зависимости от требуемой твердости и прочности создаваемого искусственного массива, принятого способа подачи смеси, технологии укладки массива, интенсивности соединения и уплотнения, а также экономических показателей укладки.

Преимущества системы разработки с засыпкой твердеющим зарядом:

• гибкость, позволяющая извлекать сложные рудные тела с минимальными потерями;
• снижает потери и разбавление на 3–4 %;
• создание безопасных условий труда при разработке неустойчивых и нестабильных руд;
• возможность полной разработки рудного тела, снижения потерь и разбавления (обычно в 3–4 раза).

Объекты изучения. Использование системы добычи закалочным шихтом на месторождении золота Каулды имеет ряд недостатков:

• устаревшее оборудование в комплекте (комплексе) закаливающих заполнителей;
• высокий расход цемента;
• дефицит золы сухой угольной промышленности, которая создает затвердевающий наполнительный массив и повышает вязкость промежуточного барьера;
• замерзание и блокировка затвердевающей закладочной смеси в зимний период в надземной части трубопровода заправки;
• необходимость стратификации бетонной смеси при транспортировке на большие расстояния по укладчатой трубе или естественной стратификации по фракции;
• ограниченная возможность заполнения всей кровли шахты.

Все эти недостатки приводят к увеличению стоимости добычи руды. На Каулдинском месторождении золота возникают следующие основные проблемы:

- Прочность затвердевающего заполнителя низкая из-за высокой фракции и плотности песка, в результате чего цемент смывается с приготовленной бетонной смеси;

- Одна из существующих проблем заключается в том, что из-за большого расстояния перегородок в камерах наполнительной очистки наполнитель не наполняется на дне камеры наполнения и вокруг перегородки до потолка наполнения, что приводит к зазору между наполнителем и потолком;

- Закупоривание заполняющих труб происходит часто; после укладки вращающегося объема затвердевающего заполнителя в камеру, сама вода откачивается через трубу для удаления оставшейся смеси, в результате чего цемент в камере смывается, или, если это делается вне барьера, заполняет 20–30 см воды в горизонте.

Ниже представлена технологическая схема приготовления закалочного наполнителя на месторождении золота Каулды:

Таблица 1.

Приготовление закалочного наполнителя на месторождении золота Каулды

Размеры разработки рудного тела "Секущий" горизонта 720 месторождения Ковульды "Южный" приведены в таблице 2 и на рисунке 1:

Таблица 2.

Размеры разработки рудного тела "Секущий" горизонта 720 месторождения Ковульды "Южный"

Рисунок 1. Система разработки месторождения Кавулды с заполнением горизонтальных пластов твердеющим зарядом

1-клонный съезд; 2-рудоразрушающие орты; 3-дрейф слоя; 4-включения при извлечении руды из массива; 5 - вставки с уплотняющим заполнителем; 6 – рудоспуск

Рисунок 2. Система для извлечения уплотнений из камер, заполненных уплотняющим заполнителем

1-камера; 2-кремень; 3-просверленные отверстия; 4-руда, выгружаемая из уплотнения; 5-заполняющий массив; 6-промежуточная перегородка [3; 5; 6; 8]

Научные результаты и их обсуждение. Из приведенных выше схем размещения затвердевающего заполнителя видно, что при размещении наполнительной смеси в камере между заполнителем и потолком остается зазор. Эта ситуация может представлять большую опасность при раскопке верхней камеры. Поэтому изменение угла наклона первичной и вторичной камер или выбор оптимального способа заполнения камеры дает большой результат.

Известные методы контроля полного заполнения камер зарядом в основном состоят из визуальных наблюдений и выявления оценочных пустот с использованием разведочных скважин и горных выработок, что приводит к увеличению эксплуатационных расходов на добычу руды. Дистанционный мониторинг состояния заполнения с помощью уровнемеров, внедренный на месторождении "Маяк" (Российская Федерация), является наиболее эффективным методом.

Сущность метода заключается в следующем (рис. 3). В определенных точках потолка камеры, после завершения добычи руды и съемки, устанавливаются вертикальные рельсы из диэлектрика с фиксированными токопроводящими контактами. К каждому контакту подключается проводник, изолированный от колокольного провода, и собранные проводники выводятся из изолирующего барьера на один из штреек панели на панель измерительной станции.

Контакты уровнемера пронумерованы от 1 до n (сверху вниз), аналогично пронумерованы соответствующие клеммы измерительной станции или проводники, питающие их. Длина уровнемера, количество контактов (не менее двух) и расстояние между ними выбираются в зависимости от требуемой точности измерения уровня отметки.

Рисунок 3. Принципиальная схема контроля полноты заполнения пустот затвердевающей смесью:

1–6 – контакты уровнемера и соответствующие клеммы на измерительной станции

Принцип работы уровнемеров основан на образовании электрической цепи между заполняющей смесью и контактами, погруженными в затвердевающую смесь. Наличие или отсутствие цепи определяется с помощью мегаметра, подключенного к соответствующим клеммам измерительной станции.

Например, на уровне заполнения, показанном на рисунке 1, между контактами 1–4 нет электрической цепи. Наличие цепи наблюдается между контактами 4–5, 5–6, 4–6, закрытыми бетонной смесью, что указывает на расположение уровня заполнения между контактами 3, 4.

Сопротивление цепи между контактами затвердевающей смеси изменяется от 0,2 до 1,5 кOм. Если в затвердевшем бетоне присутствует вода, сопротивление цепи между ее контактами будет на 1–2 порядка выше. Это позволяет определить не только уровень бетона, но и наличие воды на его поверхности. Количество и расположение уровнемеров в камере зависят от гипсометрии потолка и поставленных задач.

Уровни высот поверхности заполняющей смеси (контакты уровнемеров, между которыми расположена поверхность смеси) определяются геодезическими отметками точек потолка, где установлены уровнемеры, количеством неконтактных контактов и расстоянием между контактами (шагом уровнемера). Поскольку все указанные значения известны, можно снизить уровень наполнительной смеси в точках установки уровнемеров в съемочный участок по камере, что позволяет определить местоположение, форму и размеры оставшихся полостей.

Углы рассеивания засыпки можно определить графически (по съемочному участку) и расчетным путем.

Рисунок 4. Схема определения угла распределения смеси по показаниям уровнемеров:

 a – уровень смеси проходит через контакты n₁ +1 и n₂+1; b – уровень смеси расположен в точке n₂ +1 и немного не достигает контакта n₁; c – уровень смеси расположен в точке n₁ +1 и немного не достигает контакта n₁; расчетный уровень смеси обозначен пунктирной линией.

Предположим, что в камере по оси установлены два уровнемера в точках со съемочными отметками А и В (рис. 4).

Введем следующие обозначения: n₁ − номер замкнутого контакта уровнемера, установленного в точке A; n₂ − уровнемер, установленный в той же точке B; l₁, l₂ − расстояние между смежными контактами уровнемеров соответственно; C − расстояние между уровнемерами в плане.

Тогда уровень бетона в уровнемерах 1, 2 будет равен соответственно A-n₁ l₁ и B-n₂ l₂. Угол растекания смеси можно определить следующим образом:

когда у нас есть:

Для определения угла α учитывается только величина полученного значения tga. Положительный знак указывает на то, что поверхность смеси наклонена от точки А к точке В (от уровнемера 1 к уровнемер 2), а отрицательный знак указывает на то, что наклон направлен в противоположном направлении. Данная формула даёт только приближённое значение угла α. Истинное значение угла рассеяния находится в диапазоне значений α, определяемом формулой.

или

здесь: величина ошибки обнаружения

Технология укладки затвердевающих смесей и формирования насыпной массы существенно влияет на структуру и прочностные свойства искусственных герметиков. Состав и толщина затвердевающей смеси, режим осаждения и наличие или отсутствие воды в выработанном пространстве являются основными факторами, определяющими качество встроенных уплотнений [4; 7; 9; 11].

Влияние этих факторов на формирование массива можно определить, наблюдая за состоянием технологии укладки раствора и герметизации на месте.

В заполнительных работах иногда используются растворы с высоким водоцементным соотношением. В этом случае наблюдается разделение смеси на слои: в ближайшей к трубопроводу части камеры содержание наибольших фракций наполнителя на 20–30 % больше, чем в дальней части камеры, где содержание мелкодисперсных частиц наибольшее. Когда такой свежеотложенный раствор подается в камеру прерывисто, он разделяется на слои по вертикали. На поверхности раствора обычно находится слой жидкого цемента с высоким содержанием глинистых частиц. Последняя оседает, образуя глинисто-цементный слой, покрытый слоем воды. Во время длительных перерывов в операциях по засыпке, в результате высыхания слоя, появляются водосливы и трещины. Засыпная масса имеет резко изменчивый состав.

После остановки операций по заполнению или во время перерывов в подаче смеси ее необходимо удалить из труб, чтобы предотвратить затвердевание и засорение смеси внутри трубы. Стратификация особенно заметна при возобновлении подачи смеси в воду, накопленную на поверхности заполнения, поскольку заполнение оседает на ней, образуя слои с углом наклона 18–20° (рис. 5). Цементная смесь смешивается с водой и перемещается на заднюю часть камеры. Толщина глинисто-цементных слоев резко возрастает [1; 2; 10].

Заключение. Для улучшения технологии осаждения смеси обычно принимаются меры по удалению воды, необходимой для промывки заполняющей трубы. Это значительно улучшает качество операций по наполнению, устраняет слоистость и повышает однородность состава искусственного наполнения.

Рисунок 5. Схема формирования глиноцементного слоя при переносе заполнительной смеси в воду в шахтную камеру:

а – положение наполнительной смеси в начале укладки следующего слоя; б – положение наполнительной смеси в конце укладки следующего слоя; 1 – труба; 2 – ранее осажденная смесь; 3, 4 – глиноцементные слои; 5 – вода; 6 – вновь отложенный бесцементный раствор; 7 – направление подачи смеси

Опытно-промышленные испытания способов получения заливных твердеющих смесей с грубыми заполнителями показали, что при оптимальных водоцементных соотношениях в условиях транспортировки смесь с грубыми заполнителями распределяется в слои длиной до 45 м без разделения. При длине распределения более 45 м в отдаленных частях камер наблюдается значительное разделение смеси на слои.

Увеличение количества вяжущего материала при сохранении оптимальной консистенции смеси способствует повышению пластичности, уменьшению расслоения и уменьшению угла растекания смеси (Tаблица 3).

Таблица 3.

Увеличение количества вяжущего материала при сохранении оптимальной консистенции

Условия укладки раствора при выполнении операций наполнения с перерывами во времени, свежеприготовленная смесь, нанесенная на затвердевшую массу, плохо растекается, а углы растекания увеличиваются на 15–20 %. Если ранее уложенный слой покрыт пылью, контакт между слоями, уложенными в разное время, ослабевает, и граница между слоями четко обозначена. Длительные перерывы в камерной укладке способствуют накоплению руды и вмещающих пород, падающих с боков и потолка, на ее поверхности, что увеличивает потери руды и ослабляет искусственные барьеры с посторонними включениями.

Все это указывает на необходимость устранения перерывов в процессе укладки и предотвращения попадания воды в устраиваемую камеру. При промывке трубы необходимо удалить промывную воду из заполняющей камеры.

Заключение. В заключение необходимо отметить, что метод дистанционного мониторинга заполнения наполнителем камер с использованием внедренных уровнемеров является одним из наиболее эффективных.

Список литературы:

1. Бакиновский И.И., Иванов В.М. Опыт и перспективы применения твердеющей закладки // Горный журнал. – № 3. – 1994. – С. 16–19.
2. Бакиров Г.Х. Распределение напряжений вокруг выработанного пространства // Экономика и социум. – 2021. – № 12-1 (91). – С. 827–832.
3. Бердиева Д.Х. Совершенствования закладочних работ в системе разработки месторождения Каулди // Экономика и сотсиум. – 2020. –С.509–513.
4. Бердиева Д.Х. Косимов М.О. Вибор оптималного варианта системи разработки на руднике Каулди // Ориэнтал Ренаиссанcэ. – 2021. – С. 235–240.
5. Бердиева Д.Х. Субанова З.А. қизи.  К вопросу снижения себестоимости закладочних работ при система разработки горизонталними слоями с закладкой // Ориэнтал Ренаиссанcэ. – 2021. – С. 674–679.
6. Бурмистров К.В., Овсянников М.П. Обоснование параметров этапа открытых горных работ в переходные периоды разработки крутопадающих месторождений // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2018. – № 6. – С. 20–28.
7. Вертячих К.С., Хакуре А.М. Аспекты применения закладки в зарубежной и отечественной практике подземной разработке руд // Горный информационно-аналитический бюллетень. – №7. – М.: МГГУ, 2002. – С. 88–92.
8. Дребенштедт К., Голик В.И., Дмитрак Ю.В. Перспективы диверсификации технологии добычи металлов в РСО–Алания // Устойчивое развитие горных территорий. – 2018. – Т.10. – № 1 (35). – С. 125–131.
9. Каплунов Д.Р., Рыльникова М.В., Радченко Д.Н. Передвижные закладочные комплексы в системах разработки рудных месторождений с закладкой выработанных пространств // Горный журнал. – № 2. – 2013. – С. 101–104.
10. Каплунов Д.Р., Рыльникова М.В., Радченко Д.Н., Арсентьев В.А., Квитка В.В., Маннанов Р.Ш. Новая технология и оборудование для высокопроизводительной закладки выработанного пространства при подземной отработке месторождений // Горный журнал. – 2012. – С.41–43.
11. Медведев В.В. Повышение эффективности закладочных работ при камерных системах разработки // Забайкалье: сб. науч. трудов. Отдельный выпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня. – М.: МГГУ. – Вып. 4. – 2007. – С. 80–84.