CC BY
22
ГЕОТЕХНОЛОГИЯ
УДК 622.34:622.831(04)(502.3/.7)(504.4:622)
АЛГОРИТМ ОЦЕНКИ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ С ЗАКЛАДКОЙ ВЫРАБОТАННОГО
ПРОСТРАНСТВА
А.Э. Адигамов, П.А. Каунг, К.А. Головин, А.Б. Копылов
Предложена методика математического моделирования для решения задачи вовлечения техногенных отходов добычи и переработки руд в повторное использование. Применение промежуточных продуктов (техногенных отходов: хвостов обогатительной фабрики, горной породы от проходческих работ, технической воды шахтного водоотлива) в цикличном производстве предполагает их использование в виде компонентов закладочного материала и размещения в выработанном пространстве подземного рудника. Обосновано влияние горнотехнических факторов на состав закладочного материала и параметры создаваемого закладочного массива. Приведены результаты практической реализации предложенной математической модели и составлен алгоритм. Деформационные изменения и концентрация напряжений являются ключевыми критериями в предлагаемой математической модели. Предложенный алгоритм позволяет определить предпочтительную систему разработки месторождения, выбрать её параметры и состав закладочного материала.
Ключевые слова: алгоритм; геотехнология; закладочный материал; моделирование; система разработки с закладкой.
Введение
Растущее число горноперерабатывающих предприятий приводит к увеличению загрязнения воздуха и водоёмов, образованию провалов на земной поверхности, изменению напряжённо-деформационного состояния породного массива, нарушение водозащитной толщи водоносных горизонтов, скоплению взрывоопасных газов (метана) в выработках, а на поверхности земли складируются жидкие и твёрдые отходы [1, 2]. Всё это приводит к увеличению техногенного влияния на окружающую среду [3]. Взрыв метана в горных выработках, обрушения кровли или горные удары зачастую сопровождаются техногенными землетрясениями. Горные работы [4]
и техногенные катастрофы вызывают вибрационные колебания в земной коре [5]. Колебания распространяются на большие расстояния и оказывают влияние на подземные горные выработки, конструкции зданий [6] и сооружения [7], находящиеся на поверхности и окружающую среду [8]. Методы снижения вибрационных колебаний рассмотрены в работе [9].
Необходим поиск различных технических способов и финансово-экономических инструментов [10] для решения задач смягчения или полного исключения последствий воздействия геотехнологии на экологию [11]. Основной задачей, стоящей перед геотехнологией - создание эффективных инженерных решений [12] экономически и экологически целесообразных технологических решений разработки месторождений [13] при безопасном ведении горных работ [14].
При освоении месторождений необходимо использовать комплексный метод, который учитывает совокупную ценность, природных и техногенных ресурсов [15, 16] осваиваемого участка. Применяемые технологии обязаны защитить человека, как на производстве, так и в его среде обитания [17].
Зачастую сохранить первозданную природу и минеральное разнообразие Земли предлагается путём переноса горного производства на космические тела [18]. Но отсутствие технических возможностей осуществления и не решённые правовые задачи [19] откладывают реализацию данной идеи на далёкое будущее.
Выбор рациональной геотехнологии предполагает:
- применение принципов безопасной организации производства
[20];
- исключение образования отходов или их уменьшение;
- использование промежуточных продуктов (техногенных отходов) в замкнутом цикле производства [21].
Внедрение рациональной геотехнологии позволит:
- удовлетворить увеличивающиеся экономические и экологические требования к горным предприятиям [22, 23];
- организовать безопасное горное производство с интегрированной превентивной экологической стратегией [24].
Применение технологии с закладкой выработанного пространства на основе отходов горного производства ведёт:
- к росту эффективности освоения недр;
- к снижению негативного влияния геотехнологии на окружающую
среду;
- к уменьшению вредного воздействия на человека;
- к повышению коэффициента извлечения полезного ископаемого
[25].
Прочность закладочного массива зависит от качества использующегося вяжущего, качества инертного заполнителя и их количественного со-
отношения между собой и жидкостью. При использовании в закладочной смеси хвостов обогащения необходимо предварительное их обезвоживание и сушка. Вопросы сушки минеральных отходов ранее рассматривались в работе [26]. Качество помола вяжущего и инертного заполнителя положительно сказывается на создаваемом искусственном массиве. Следовательно, необходимо совершенствовать методы оценки помола и мелющих механизмов [27]. Высокая абразивность инертного заполнителя ведёт к увеличению износа деталей и механизмов. Необходимо обеспечить сохранение эксплуатационного ресурса мелющих механизмов и транспортной системы за счет применения новых технологий их изготовления и диагностики износа [28].
Постановка решаемой задачи и исходные данные
Целью работы является создание алгоритма определения оптимальной структуры и состава закладочной смеси и ее компонентов, при отработке месторождения системами с искусственным поддержанием очистного пространства. Решение задачи определения оптимальных значений или вероятностных проявлений в настоящее время возможно при помощи моделирования. В науке используют различные методы моделирования: физическое; на основе случайных чисел или на основании разработанных программ.
Результаты моделирования направлены на решение ряда прикладных задач: определение требуемой прочности закладочного массива, расчёт размеров междукамерных целиков при отработке пологих и наклонных рудных тел и установление порядка отработки месторождения.
Идея моделирования состоит в написании алгоритма определения оптимальной по структуре и составу закладочной смеси и ее компонентов. Модель учитывает размер междукамерных целиков и требуемую прочность закладочного массива при отработке месторождения подземным способом.
В начальный период нагрузку от вышележащих пород воспринимают междукамерные рудные целики. Они взаимодействуют с окружающим массивом через зоны опорного давления. Всё это необходимо учитывать для минимизации риска незапланированной потери устойчивости междукамерных целиков. Горизонтальные смещения контура и прикон-турного массива могут быть вызваны деформациями в массиве без образования трещиноватости в стенках отработанных камер.
Такой подход делает возможным корректировку параметров междукамерных целиков, параметров закладочного массива и состава закладочной смеси на основе анализа эффективности и безопасности на любом этапе разработки месторождения. Рассматриваемые междукамерные целики и искусственно создаваемые массивы, как объект моделирования, различны по своим физическим составам и воспринимаемым нагрузкам. Поэтому для упрощения и обеспечения высокой достоверности
математического моделирования необходимы универсальные критерии оценки напряжённо-деформационного состояния массива.
Предлагается разнопрочностные участки напряжённо-деформационной системы оценивать комплексом взаимосвязанных универсальных критериев: угол падения рудного тела; длинна по падению и простиранию; мощность; ширина междукамерных целиков; ширина отрабатываемых камер первой очереди. На ширину оставляемых междукамерных целиков и ширину очистных блоков влияет глубина разработки; крепость вмещающих пород и нормативная прочность омоноличенного закладочного массива. Нормативная прочность закладочного массива зависит от компонентов, входящих в состав закладочной смеси.
Технология закладочных работ предполагает создание закладочных материалов, способных твердеть в подземных условиях. Закладочный композит имеет в своём составе имеет следующие компоненты: вяжущее (цемент; известь; гипс; доменные шлаки; шлаки теплоэлектростанций и другое), инертный заполнитель (специально добываемое сырьё: щебень; гравий; песок или отходы горного производства: хвосты обогатительных фабрик; дроблёная горная порода от проходческих и вскрышных работ), воду и активирующие добавки.
Протяженность и интенсивность материального потока определяет его ресурсоемкость. Ресурсоемкость потока в денежном выражении оценивает затраты, связанные с его продвижением и переработкой. Сумма этих затрат на нескольких отрезках логистической цепи, либо на всем ее протяжении с момента генерации до момента погашения потока называется накопленной ресурсоемкостью. Накопленная ресурсоемкость потока закладочной смеси является ключевым критерием, определяющим выбор системы разработки месторождения и состав закладочной смеси.
Исходные данные для моделирования представлены физико-механическими свойствами руд и вмещающих пород Восточного рудного узла Ждановского месторождения. Источниками исходных данных являются исследования физико-механических свойств образцов руд и вмещающих пород, производимых в период разведки месторождения и эксплуатации его отдельных участков. В табл. 1 представлены параметры рудных тел месторождения.
Плотность руд и вмещающих пород, слагающих месторождение, варьируется в границах 3,5 до 2,7 т/м3, прочность на одноосное сжатие (модуль Юнга) изменяется в пределах 12 до 7х10-4 МПа, а всестороннего сжатия - 10 до 6-10-4 МПа.
Таблица 1
Исходные данные для моделирования (параметры рудных тел
месторождения)
Месторождение Рудное тело Угол падения град Длина, м Бортовое содержание 0,5% N1 Бортовое содержание 0,6% N1
по простиранию по падению Истинная мощность, м Истинная мощность, м
от до средняя от до средняя
Жданов-ское центральное 47 1420 600 2,4 75,9 29,7 2,5 70,5 21,9
юго-восточное 53 1940 620 2,1 58,5 14,2 2,1 48,5 11,6
восточное 32 360 470 3,6 33,1 12,5 3,5 33,1 12,3
юго-западное 1 37 660 950 2,7 55,1 22,5 2,1 42,1 11,3
юго-западное 2 39 1060 390 1,4 39,1 11,6 1,4 36,9 8,2
западное 49 440 750 5,2 33,3 16,2 2,4 33,3 11,4
Тундровое основное 48 900 780 2,9 44,2 12,1 2,7 34,6 8,9
Устойчивость с учётом параметра предельных напряжений является основополагающей при определении прочностных характеристик руд и вмещающих пород. Однако структурный фактор, с учётом коэффициента структурного ослабления, имеет определяющее значение при оценке устойчивости подработанного (нарушенного) массива. Учитывая коэффициент ослабления были получены расчётные прочностные характеристики вмещающих пород (табл. 2).
Таблица 2
Расчетные прочностные характеристики вмещающих пород
Породы Прочность в образцах, МПа Прочность в массиве, МПа
в зоне неустойчивых пород в зоне устойчивых пород
Алевролиты 100... 120 20 60
Песчаники 120... 140 40 80
Габбро 140.200 60 90
Диабазы 180.240 60 120
Структура математической модели и алгоритм
В зависимости от технологии, применяемой системы разработки, горно-геологических условий и последовательности отработки месторождения на формируемый закладочный массив действуют статические нагрузки (тектонические и гравитационные) и динамические силы (от взрывных работ; от работающей техники и др.). Динамические силы накладываются на устоявшееся статическое поле напряжений, что вызывает резкие изменения напряжённо-деформационного состояния породного
массива. Следовательно, созываемые закладочные массивы могут находиться в состоянии одноосного, двуосного или объёмного сжатия; испытывать различные деформационные нагрузки (изгиб; сдвиг; растяжение; сжатие). Универсальным параметром закладочного массива, по которому определяют его нормативную прочность, является прочность образца при одноосном сжатии.
Требуемую нормативную прочность закладки рассчитывают по следующим факторам:
- устойчивость горизонтальной подработки;
- устойчивости вертикального обнажения;
- допустимые деформационные изменения;
- возможности движения оборудования.
В качестве нормативной прочности принимают наибольшее значение из рассчитанных.
В основу при расчёте нагрузок на создаваемый закладочный массив и его элементы принимают гипотезы горного давления:
1. вес породы в объеме свода естественного равновесия, слабой прослойки, столба пород до поверхности;
2. через смещения вмещающих пород в условиях одновременного деформационного изменения породного и искусственного массивов.
При расчёте элементов искусственного массива учитывают следующие факторы:
- стадийность выемки и его пространственное положение;
- размеры подрабатываемого массива горных пород;
- отставание формирования во времени и пространстве закладочного массива от фронта ведения работ;
- плавность оседания подработанных пород.
При определении нагрузок на несущие опоры из закладки ограничиваются пределами призабойной области пониженных напряжений.
Необходимо принимать во внимание, что при отработке месторождения камерной системой с многостадийной выемкой до набора нормативной прочности закладочного массива в начальный период всю нагрузку воспринимают рудные целики (междукамерные и панельные). Они взаимодействуют с окружающим массивом через зоны опорного давления. В данный момент на создаваемый искусственный массив действуют силы собственного веса и веса пород, находящихся в зоне свода естественного обрушения. На данной стадии отработки закладка выполняет поддерживающие функции и повышает несущую способность междукамерных целиков. Далее, при отработке камер второй очереди (междукамерных рудных целиков) основную нагрузку воспринимают рудные блоковые (панельные) целики, которые окружены созданным искусственным массивом. Происходит нарастание деформационных изменений в созданных искусственных и оставленных рудных массивах по мере увеличения пролёта нарушений.
Комбинированный массив претерпевает совместные деформационные изменения в результате оседания налегающей толщи. Продольные деформационные изменения (м) комбинированного массива (ЛИР) в зависимости от сжимающих нагрузок рассчитываются по формуле
5
ЛИ =
р 106 Е
р
5 (1 - 2^р)
где И - высота целика, м; у=р^ - удельный вес налегающих пород, Н/м ; Н - глубина разработки, м; рп - плотность пород, кг/м ; g - ускорение
свободного падения, м/с2; Ер - модуль пропорциональности для руды,
* 2 МПа; ^п - площадь кровли, поддерживаемая целиком, м ; - площадь поперечного сечения рудного целика, м2; цз - коэффициент влияющий на продольную деформацию, учитывающий характеристику искусственного массива.
Коэффициентом упрочнения характеризует влияние созданного искусственного массива на оставленные рудные целики и описывает степень увеличения их несущей способности. Отработка рудных целиков, которые воспринимают максимальные нагрузки, приводит к увеличению нагрузок на созданный закладочный массив. При этом происходит одновременное (совместное) деформирование искусственного массива и налегающей толщи пород. Процесс оседания подработанного массива с одновременным обжатием закладочного массива имеет затухающий характер.
В налегающей толще происходит формирование зон растягивающих напряжений, которые приводит к разупрочнению пород. Интенсивность расслоения и размеры зоны разуплотнения зависят от угла падения рудного тела, подработанного пролёта, коэффициента бокового отпора. Распространение влияния зон растягивающих напряжений происходит на высоту 1,5 пролета подработки. Возникающие нагрузки на создаваемый искусственный массив вычисляют путём простого сложения нагрузок от отслоившихся пород, собственного веса искусственного массива и нагрузок совместных деформационных изменений. При расчёте нагрузок небольших пологих и слабонаклонных залежей определяют высоту свода естественного равновесия и вес пород в объёме зоны обрушения. При определении высоты свода обрушения выполняют сравнительный анализ растягивающих напряжений в кровле подработанного массива с пределом прочности вмещающих пород на растяжение:
I (I 12-ц)ун-[>„ ]
(1,3 + 4,9Р)уИ + 4,9 \агх ]'
где ц - коэффициент бокового распора; [арас] - предел прочности пород кровли на растяжение, Па. Формула справедлива при боковом распоре, равном 0,2^0,3, и отношении глубины расположения кровли камер к ее
пролету, большем двух. Существуют методы расчета высоты свода обрушения через угол сдвижения и крепость пород:
кобр = 0,25^ (45 + р / 2); кобр = р/2/, где I - минимальный размер подработки, м; р - угол внутреннего трения пород кровли, градус; У=асж/100 - крепость пород по шкале проф. М.М. Протодьяконова.
На рис. 1 показана схема определения свода естественного равновесия в зависимости от ширины подработки массива.
Рис. 1. Схема к определению высоты свода естественного равновесия
Ввиду высокой податливости создаваемого искусственного массива, его реактивное влияние, позволяющее снизить область расслоения налегающих пород, незначительно и определяется зависимостью
с
к, = к
обр рас
1
1,1^3 уИ
л
где ^ас - размер зоны растягивающих напряжений (обрушения) при отсутствии давления на контуре, м; аз - давление закладки на контуре кровли, МПа; уH - напряжение в нетронутом массиве на уровне кровли, МПа.
На крутопадающих месторождениях, которые разрабатываются камерными системами с последующей закладкой или слоевой выемкой (нисходящей, восходящей) с твердеющей закладкой, нагрузки на закладочный массив создаются в основном горизонтальными составляющими. Действие горизонтальных составляющих проявляется в сближении стенок очистного пространства в результате влияния тектонического и гравитационного по-
лей. Ввиду своих высоких компрессионных свойств, закладочный массив существенно не влияет на напряжённое состояние пород в подработанном массиве и не меняет характер перераспределения напряжений в породном массиве. Оставленные естественные целики и массив горных пород выполняют основные несущие функции и являются главными элементами системы. Основным назначением создаваемого искусственного массива в данном случае это повышение устойчивости боков камер и предупреждение движения со стороны разупрочнённого массива.
Степень отклонения боков выработанного пространства или показатель разрушения стенок охранных целиков в условиях упрогопластич-ных или упругих деформаций вмещающих пород определяет количественное значение напряжений в закладочном массиве. При этом учитываются деформационные изменения зоны разгрузки в поле гравитационных и тектонических сил и реакция искусственного массива. Обратное воздействие закладочного массива уменьшает смешение пород в сторону очистного пространства. Влияние разработки распространяется во вмещающие породы на глубину, равную 1/4 пролета:
И +1 И —^,
раз 6 '
где Ив, 1в - высота и ширина выработанного пространства, м.
Применение сплошной выемки при отработке месторождения вызывает образование в кровле (массиве горных пород) зон разгрузки (пониженного давления), а в рудном массиве проявляется зона опорного (повышенного) давления. С увеличением пролёта подработки (обнажения) массива и последующего заполнения выработанного пространства закладочным материалом и появлением контакта кровля-закладка, происходит их взаимодействие. Создаваемый искусственный массив, ведет себя как податливая крепь.
Податливость закладочного массива сохраняется до полного набора прочности, пока не полностью не исключит возможность деформироваться под нагрузкой и не начнёт воспринимать полный вес столба налегающих пород. Действие толщи налегающих пород аналогично плите, один конец которой закреплён в рудном массиве, а другой опирается на закладочный массив. Величина зоны разгрузки прямо пропорциональна усадке закладочного композита. Концентрационные напряжения в рудном массиве определяются коэффициентом, который прямо пропорционален усадке до значений е = 3 %. При е<3 % смещение налегающей толщи пород происходит плавно без разрушений и разрывов, при е >3 % в кровле происходит расслоение пород.
Значения коэффициента концентрации напряжений в рудном массиве определяется пролетом подработки:
К = 2,1 - 1,1е-1/80)1 5;
к ' ' '
_0,8/л п +14
где е - основание натурального логарифма; Ь - пролет подработки, м; 1л -ширина вынимаемой ленты, м; п - число одновременно отрабатываемых лент, Н - глубина работ, м.
Опыт подземной разработки месторождений полезных ископаемых позволяет утверждать, что, создаваемый закладочный массив подвергается воздействию налегающей толщи подработанного массива на расстоянии не более 40.60 м от забоя. В зоне ведения очистных работ на него действует собственный вес и вес технологического оборудования.
В инженерных расчетах используют усреднённо-упрощенные методы. Для искусственных целиков, создаваемых из твердеющих композитов, ограничиваются расчётом нормальных напряжений по опасному сечению в предположении, что искусственные целики «работают в идеальных» условиях: напряжения по площади сечения распределены равномерно; находятся в условиях одноосного сжатия. Для учёта фактической неравномерности перераспределения напряжений в искусственных целиках учитывают путём введения коэффициента запаса прочности. При этом расчёт нормальных напряжений в закладочном массиве:
сг = Р/Бг,
где Р - нагрузка на искусственный целик, Па; Б3 - площадь сечения цели-
2
ка, м .
Для создания эффективных инженерных и целесообразных технологических решений разработки месторождений полезных ископаемых при безопасном ведении горных работ необходимо исключить усреднённые и упрощённые методы. Создание алгоритма, учитывающего все факторы, влияющие на создаваемый закладочный массив, позволит обеспечить инженеров ключевым инструментом выбора предпочтительной системы разработки.
Алгоритм определения оптимальной структуры и состава закладочной смеси и ее компонентов, при отработке месторождения системами с искусственным поддержанием очистного пространства и выбора предпочтительной системы разработки с закладкой состоит из нескольких этапов (рис. 2)
Рис. 2. Алгоритм определения предпочтительной системы разработки
и состава закладочной смеси
Выводы
1. Предложена методика математического моделирования, направленная на решение следующих задач:
- выбор оптимальной системы разработки с закладкой при извлечении полезного ископаемого;
- определение рационального состава закладочного материала
2. Методика математического моделирования, представленная алгоритмом, предполагает последовательное выполнение различных этапов
3. Оценка целесообразности использования на подземном руднике определённой системы основана на сопоставлении статических силы и ди-
намических нагрузок, действующих на искусственный массив и накладывающихся на имеющееся статическое поле напряжений.
4. Методика математического моделирования основана на использовании комплекса взаимосвязанных универсальных критериев напряжённо-деформационного состояния массива, значений концентрации напряжений в нём с учетом реакции искусственного массива. Величина данных критериев находится в зависимости от горнотехнических параметров разработки: глубины закладочных работ, угол падения рудного тела; длинна по падению и простиранию; мощность и ширина междукамерных целиков; ширина отрабатываемых камер первой очереди; высоты искусственного массива; состава закладочной смеси.
5. Деформационные изменения и концентрация напряжений являются ключевыми критериями в предлагаемой математической модели, поскольку превышение допустимых величин накопленной концентрации и деформационных изменений могут повлечь техногенную катастрофу.
6. С использованием предложенного методического инструментария для заданных условий возможен выбор системы с закладкой для отработки месторождения и подбор оптимального состава закладочного материала.
Список литературы
1. Utilization of Mineral Waste: A Method for Expanding the Mineral Resource Base of a Mining and Smelting Company / J. Rybak, S.M. Gorbatyuk, K.Ch. Bujanovna-Syuryun, A.M. Khairutdinov, Yu.S. Tyulyaeva, P.S. Makarov // Metallurgist. 2021. V. 64. P. 851- 861. DOI: 10.1007/s11015-021-01065-5.
2. Экологические аспекты хранения хвостов обогащения руд в горном регионе / В. Голик, Ю. Дмитрак, В. Комащенко, Ю. Разоренов // Экология и промышленность России. 2018. Т. 22. № 6. С. 35-39. DOI: 10.18412/1816-0395-2018-6-35-39.
3. Минимизация влияния горного производства на окружающую среду / В. Голик, Ю. Дмитрак, О. Габараев, Х. Кожиев // Экология и промышленность России. 2018. Т. 22. № 6. С. 26-29. DOI: 10.18412/1816-03952018-6-26-29.
4. Papan D., Valaskova V., Drusa M.Numerical and experimental case study of blasting works effect // IOP Conference Series: Earth and Environmental Sciences. 2016. V. 44. 052052. DOI:10.1088/1755-1315/44/5/052052.
5. Wyjadlowski M., Grosel J., Tyulyaeva Y. Investigation of the diaphragm wall isolation of vibrations' transferred through the subsoil // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2021. V. 1015. 012059. DOI:10.1088/1757-899X/1015/1/012059.
6. Wojtowicz A., Michalek J., Ubysz A. Range of dynamic impact of geotechnical works on reinforced concrete structures // E3S Web of Conference. 2019. V. 97. 03026. DOI: 10.1051/e3sconf/20199703026.
7. Wyjadlowski M. Methodology of dynamic monitoring of structures in the vicinity of hydrotechnical works - selected case studies // Studia Geotech-nica et Mechanica. 2017. V. 39 (4). P. 121-129. DOI: 10.1515/sgem-2017-0042.
8. The impact of Rapid Impulse Compaction (RIC) of large non-cohesive material deposits on the surrounding area / P. Dobrzycki, A. Ivannikov, J. Rybak, V. Shkodkina, Y. Tyulyaeva // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2019. V. 362. 012132. DOI: 10.1088/17551315/362/1/012132.
9. Industrial waste in concrete mixtures for construction of underground structures and minerals extraction / Ch. Kongar-Syuryun, Y. Tyulyaeva, A. Khairutdinov, T. Kowalik // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. V. 869. 032004. DOI: 10.1088/1757-899X/869/3/032004.
10. Новоселов С.В., Мельник В.В., Агафонов В.В. Экспортно-ориентированная стратегия развития угольных компаний России - основной фактор обеспечения их финансовой устойчивости // Уголь. 2017. № 11. С. 54-56. DOI: 10.18796/0041-5790-2017-11-54-56.
11. Geotechnology using composite materials from man-made waste is a paradigm of sustainable development / Ch. Kongar-Syuryun, A. Ivannikov, Y. Tyulyaeva, A. Khayrutdinov // Materials Today: Proceedings. 2021. V. 38. P. 2078-2082. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.10.145.
12. Experience of Design and Industrial Application of Systems for the Driven Feed of Slag-Forming Mixtures into the Crystallizers of Slab CCM / S.P. Eron'ko [and others]// Metallurgist. 2020. V. 64 (3-4). P. 214-222. DOI: 10.1007/s11015-020-00986-x.
13. Использование вяжущих на основе металлургических шлаков в составе закладочных смесей / В.И. Голик, Ч.Б. Конгар-Сюрюн, Ю.С. Тю-ляева, А.М. Хайрутдинов // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2020. Выпуск 4. С. 389-400.
14. Повышение безопасности при извлечении водорастворимых руд путём оптимизации параметров закладочного массива / М.М. Хайрутди-нов, Ч.Б. Конгар-Сюрюн, А. Хайрутдинов, Ю.С. Тюляева // Безопасность труда в промышленности. 2021. № 1. С. 53-59. doi: 10.24000/0409-29612021-01-53-59.
15. Голик В.И., Лукьянов В.Г., Хашева З.М. Обоснование возможности и целесообразности использования хвостов обогащения руд для изготовления твердеющих смесей // Известия Томского политехнического университета. 2015. Т. 326. № 5. С. 6-14.
16. Research of rheological characteristics of the mixture as a way to create a new backfill material with specified characteristics / Ch. Kongar-
Syuryun, A. Aleksakhin, A. Khayrutdinov, Y. Tyulyaeva // Materials Today: Proceedings. 2021. V. 38. P. 2052-2054. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.10.139.
17. Chemical hazards in construction industry / T. Kowalik [and others] // E3S Web of Conferences. 2019. V. 97. 03032. DOI: 10.1051/e3sconf/ 20199703032.
18. Планетная технология. Предпосылки формирования новой научной дисциплины / М.М. Хайрутдинов, Ч.Б. Конгар-Сюрюн, Ю.С. Тю-ляева, А.М. Хайрутдинов // Горная промышленность. 2020. № 3. C. 113— 120. DOI: 10.30686/1609-91922020-3-113-120.
19. Khayrutdinov A. Current issues of mining activities on celestial bodies: International law aspects // Advances in the Astronautical Sciences. 2020. V. 170. P. 895-902.
20. Управление напряженно-деформационным состоянием массива горных пород путем формирования разнопрочностной закладки / A.M. Khayrutdinov, Ch.B. Kongar-Syuryun, T. Kowalik, Yu.S. Tyulyaeva // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2020. № 10. С. 42-55. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-10-0-42-55.
21. Бесцементные закладочные смеси на основе водорастворимых техногенных отходов / М.М. Хайрутдинов, Ч.Б. Конгар-Сюрюн, Ю.С. Тю-ляева, А. Хайрутдинов // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2020. Т. 331. № 11. С. 30-36. DOI: 10.18799/24131830/2020/11/2883.
22. Kowalik T., Ubysz A. Waste basalt fibers as an alternative component of fiberconcrete // Materials Today: Proceedings. 2021. V. 38. P. 20552058. DOI.org/10.1016/j.matpr.2020.10.140.
23. Ермолович О.В., Ермолович Е.А. Композиционные закладочные материалы с добавкой из механоактивированных отходов обогащения // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2016. № 3. С. 24-30.
24. Geomechanical substantiation of parameters of technology for mining salt deposits with a backfill / J. Rybak [and others] // Mining Science. 2021. V. 28. P. 19-32. DOI: 10.37190/msc212802.
25. Голик В.И., Комащенко В.И., Поляков А.В. Современные технологии извлечения металлов из хвостов обогащения и переработки руд с целью их комплексного использования // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2016. № 1. С. 100-111.
26. Time necessary for microwave drying of mineral soils / P. Prokop-owicz [and others] // Journal of Physics: Conference Series. 2020. V. 1614. 012021. doi: 10.1088/1742-6596/1614/1/012021.
27. Рахутин М.Г., Бойко П.Ф. Пути совершенствования методов оценки основных характеристик мелющих шаров // Уголь. 2017. № 12. C. 49-52. DOI: 10.18796/0041-5790-2017-12-49-52.
28. Обеспечение долговечности броней дробилок путем применения новых технологий их изготовления и диагностирования износа / П.Ф. Бойко [и др.] // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. 2019. №5. С. 42-47. DOI: 10.33285/1999-6934-2019-5(113)-42-47/.
Адигамов Аркадий Энгелевич, канд. техн. наук, доц., arckad.adigamow@yandex.ru, Россия, Москва, Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»,
Каунг Пьей Аунг, канд. техн. наук, докторант, kaungpyae05@gmail. com, Россия, Москва, Национальный исследовательский технологический университет «МИ-СиС»,
Копылов Андрей Борисович, д-р техн. наук, проф., toolart@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Головин Константин Александрович, д-р техн. наук, доц., зав. кафедрой, kagolovin@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ALGORITHM FOR ASSESSING THE FEASIBILITY OF USING A MINING SYSTEM WITH
BACKFILL
A.E. Adigamov, P.A. Kaung, K.A. Golovin, A.B. Kopylov
A method of mathematical modeling for solving the problem of involving man-made waste from mining and processing of ores in reuse is proposed. The use of intermediate products (man-made waste: tailings of a processing plant, rock from sinking operations, technical water of mine drainage) in cyclic production presupposes their use as fill material components and placement in the mined-out void of an underground mine. The influence of mining factors on the fill material composition and the parameters of the createdfill mass is justified. The results of practical implementation of the proposed mathematical model are presented and an algorithm is compiled. Deformation changes and stress concentration are key criteria in the proposed mathematical model. The proposed algorithm allows to determine the preferred system of deposit development, select its parameters and the fill material composition.
Key words: algorithm; geotechnology; fill material; modeling; development system with backfill.
Adigamov Arkadiy Engelevich, candidate of technical sciences, docent, arckad. adigamow@yandex. ru, Russia, Moscow, National University of Science and Technology «MISiS»,
Kaung Pyae Aung, candidate of technical sciences, postgraduate, kaungpy-ae05@gmail. com, Russia, Moscow, National University of Science and Technology «MISiS»,
Kopylov Andrey Borisovich, doctor of technical sciences, professor, toolart@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Golovin Konstantin Alexandrovich, doctor of technical sciences, docent, head of chair, kagolovin@mail.ru, Russia, Tula, Tula state University
Reference
1. Utilization of Mineral Waste: A Method for Expanding the Mineral Resource Base of a Mining and Smelting Company / J. Rybak, S. M. Gorbatyuk, K. Ch. Bujanovna-Syuryun, A. M. Khairutdinov, Yu.S. Tyulyaeva, P. S. Makarov // Metallurgist. 2021. V. 64. P. 851 -861. DOI: 10.1007/s11015-021-01065-5.
2. Environmental aspects of tailings ore in the mountain region / V. Golik, J. Dmitruk, Tomashenko V., Razorenov Yu. // Ecology and Industry of Russia. 2018. Vol. 22. no. 6. pp. 35-39. DOI: 10.18412/1816-0395-2018-6-35-39.
3. Minimization of the impact of mining production on the environment / V. Golik, Yu. Dmitrak, O. Gabaraev, Kh. Kojiev // Ecology and Industry of Russia. 2018. Vol. 22. no. 6. pp. 26-29. DOI: 10.18412/1816-0395-2018-6-26-29.
4. Papan D., Valaskova V., Drusa M. Numerical and experimental case study of blasting works effect // IOP Conference Series: Earth and Environmental Sciences. 2016. V. 44. 052052. DOI:10.1088/1755-1315/44/5/052052.
5. Wyjadlowski M., Grosel J., Tyulyaeva Y. Investigation of the dia-phragm wall isolation of vibrations' transferred through the subsoil // IOP Con-ference Series: Materials Science and Engineering. 2021. V. 1015. 012059. DOI:10.1088/1757-899X/1015/1/012059.
6. Wojtowicz A., Michalek J., Ubysz A. Range of dynamic impact of geotechnical works on reinforced concrete structures // E3S Web of Confer-ence. 2019. V. 97. 03026. DOI: 10.1051/e3sconf/20199703026.
7. Wyjadlowski M. Methodology of dynamic monitoring of structures in the vicinity of hydrotechnical works - selected case studies // Studia Geotechnica et Mechanica. 2017. V. 39 (4). P. 121-129. DOI: 10.1515/sgem-2017-0042.
8. The impact of Rapid Impulse Compaction (RIC) of large non-cohesive material deposits on the surrounding area / P. Dobrzycki, A. Ivannikov, J. Rybak, V. Shkodkina, Y. Tyulyaeva // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2019. V. 362. 012132. DOI: 10.1088/1755-1315/362/1/012132.
9. Industrial waste in concrete mixtures for construction of under-ground structures and minerals extraction / Ch. Kongar-Syuryun, Y. Tyulyaeva, A. Khairutdinov, T. Kowalik // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. V. 869. 032004. DOI: 10.1088/1757-899X/869/3/032004.
10. Novoselov S. V., Melnik V. V., Agafonov V. V. Export-oriented strategy of development of the coal companies of Russia - the basics-tion factor in ensuring their financial stability // Coal. 2017. No. 11. pp. 54-56. DOI: 10.18796/0041-5790-2017-11-54-56.
11. Geotechnology using composite materials from man-made waste is a paradigm of sustainable development / Ch. Kongar-Syuryun, A. Ivannikov, Y. Tyulyaeva, A. Khayrutdinov // Materials Today: Proceedings. 2021. V. 38. P. 2078-2082. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.10.145.
12. Experience of Design and Industrial Application of Systems for the Driven Feed of Slag-Forming Mixtures into the Crystallizers of Slab CCM / S.P. Eron'ko [and others] // Metallurgist. 2020. V. 64 (3-4). P. 214-222. DOI: 10.1007/s11015-020-00986-x.
13. The use of binders based on metallurgical slags in the composition of laying mixtures / V. I. Golik, Ch. B. Kongar-Syuryun, Yu. S. Tyulyaeva, A.M. Khairutdinov // Izvestiya Tulskogo gosudarstvennogo universiteta. Earth Sciences. 2020. Issue 4. pp. 389-400.
14. Improving safety in the extraction of water-soluble ores by optimizing the parameters of the filling array / M. M. Khairutdinov, Ch. B. Kongar-Syuryun, A. Khairutdinov,
Yu. S. Tyulyaeva // Labor safety in industry. 2021. No. 1. pp. 53-59. doi: 10.24000/04092961-2021-01-53-59.
15. Golik V. I., Lukyanov V. G., Khasheva Z. M. Substantiation of the possibility and expediency of using ore dressing tailings for the manufacture of hardening mixtures // Proceedings of the Tomsk Polytechnic University. 2015. T. 326. No. 5. S. 6-14.
16. Research of rheological characteristics of the mixture as a way to create a new backfill material with specified characteristics / Ch. Kongar-Syuryun, Aleksakhin A., A. Khayrutdinov, Y. Tyulyaeva // Materials Today: Proceedings. 2021. V. 38. P. 2052-2054. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.10.139.
17. Chemical hazards in construction industry / T. Kowalik [and others] // E3S Web of Conferences. 2019. V. 97. 03032. DOI: 10.1051/e3sconf/ 20199703032.
18. Planetary Technology. Prerequisites for the formation of a new scientific discipline / M. M. Khairutdinov, Ch. B. Kongar-Syuryun, Yu. S. Tyulyaeva, A.M. Khairutdinov // Mining Industry. 2020. № 3. C. 113-120. DOI: 10.30686/1609-91922020-3-113-120.
19. Khayrutdinov A. Current issues of mining activities on celestial bodies: International law aspects // Advances in the Astronautical Sciences. 2020. V. 170. P. 895-902.
20. Management of the stress-strain state of the rock mass by forming a multi-strength bookmark / A.M. Khayrutdinov, Ch. B.Kongar-Syuryun, T. Kowalik, Yu. S.Tyulyaeva // Mountain Information and Analytical Bulletin. 2020. No. 10. pp. 42-55. DOI: 10.25018/0236-1493 -2020-10-0-42-55.
21. Cementless filling mixtures based on water-soluble technogenic waste / M. M. Khairutdinov, Ch. B. Kongar-Syuryun, Yu. S. Tyulyaeva, A. Khairutdinov // Izvestiya Tomsk Polytechnic University. Georesource engineering. 2020. Vol. 331. No. 11. PP. 30-36. DOI: 10.18799/24131830/2020/11/2883.
22. Kowalik T., Ubysz A. Waste basalt fibers as an alternative component of fi-berconcrete // Materials Today: Proceedings. 2021. V. 38. P. 2055-2058. DOI.org/10.1016/j.matpr.2020.10.140
23. Yermolovich O. V., Yermolovich E. A. Composite embedded materials with an additive from mechanoactivated enrichment waste // Proceedings of the Tula State University. Earth Sciences. 2016. No. 3. pp. 24-30.
24. Geomechanical substantiation of parameters of technology for mining salt deposits with a backfill / J. Rybak [and others] // Mining Science. 2021. V. 28. P. 19-32. DOI: 10.37190/msc212802.
25. Golik V. I., Tomashenko V. I., Polyakov A.V. Modern technology of extracting metals from tailings and ore processing for the purpose of their integrated use // Proceedings of the Tula State University. Earth Sciences. 2016. No. 1. pp. 100-111.
26. Time necessary for microwave drying of mineral soils / P. Prokop-owicz [and others] // Journal of Physics: Conference Series. 2020. V. 1614. 012021. doi: 10.1088/17426596/1614/1/012021.
27. Rakhutin M. G., Boyko P. F. Ways of improving methods for evaluating the main characteristics of grinding balls. 2017. № 12. C. 49-52. DOI: 10.18796/0041-57902017-12-49-52.
28. Ensuring the durability of crushers ' armor by applying new technologies for their manufacture and diagnosing wear / P. F. Boyko [et al.] // Equipment and technologies for the oil and gas complex. 2019. No. 5. pp. 42-47. DOI: 10.33285/1999-6934-2019-5(113)-42-47/.
