CC BY
26
------------------------------------------- © Г.П. Необутов, Д.Н. Петров,
2009
УДК 622.273.21:622.244.6
Г.П. Необутов, Д.Н. Петров
СОПРОТИВЛЯЕМОСТЬ ЛЬДОПОРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ СЖИМАЮЩИМ НАГРУЗКАМ
Приведены результаты исследований использования искусственных опор из льдопородной закладки в промышленных масштабах на наклоннопадающем месторождении Бад-ран.
Ключевые слова: закладочный массив, горные работы, прочностные свойства льдопородного материала, льдопороды, промораживание.
Семинар № 4
G.P. Neobutov, D.N. Petrov
THE RESISTANCE OF THE ICEROCK MATERIALS TO THE COMPRESSIVE FORCES
The results of the studies on the artificial pillars from the icerock filling in the industrial scales on the steep Bardan deposit are presented.
Key words: fiiling mass, mining operations, mechanical properties of the icerock materials, icerocks, freezing.
Ж^Жскусственные целики, формируемые из послойно намораживаемых пород, являются перспективным направлением поддержания кровли и управления горным давлением на рудниках области распространения многолетней мерзлоты. В Якутии разработанная ИГДС СО РАН технология добычи руды с использованием искусственных опор из льдопородной закладки в промышленных масштабах применяется на наклоннопадающем месторождении средней мощности весьма ценных золотосодержащих руд Бадран, где значительно улучшены показатели извлечения руды [1].
Сохранение устойчивости закладочного массива при ведении горных работ обусловливают две группы факторов: 1 - горно-геологические и горнотехнические; 2 - зависящие от свойств закла-
дочного массива. Основной фактор первой группы - нагрузка на массив в окрестности обнажения, величина которой зависит от угла падения и мощности залежи, физико-механических свойств руд и пород, размеров выработанного пространства, системы разработки и порядка выемки, времени стояния обнажения и т. д.
Второй фактор является определяющим, но воздействовать на него можно в ограниченных пределах: изменять физико-механические свойства и структурные характеристики закладочного массива.
К основным физико-механическим и структурным характеристикам закладочного массива относятся: прочностные и деформационные свойства, структура закладочного массива и динамика набора прочности. Прочность массива определяют при сжатии, растяжении, изгибе и т. д., однако для простоты и удобства контроля эти показатели приводят к показателю прочности при одноосном сжатии.
Авторами статьи проведены лабораторные исследования прочностных свойств льдопородного материала, формируемого послойным намораживанием дробленых пород, при которых установ-
лено, что предел его прочности на одноосное сжатие возрастает при изменении содержания воды от 15 до 30% объема образца, при дальнейшем увеличении содержания воды происходит снижение прочностных свойств. Также, предварительные испытания образцов льдопоро-ды показали, что их предел прочности на одноосное сжатие возрастает при ее промораживании до температуры порядка -20°С, при последующем понижении температуры прочностные свойства ослабевают.
Испытания на одноосное сжатие кубических образцов льдопороды размерами 10^10x10 см, полученных последовательным намораживанием 5 слоев по 2 см при температуре -200С, проводились по методике, разработанной на основе ранее выполненных натурных и лабораторных исследований и с учетом основных теоретических положений механики мерзлых пород.
Основной состав дробленой породы, послойно засыпавшейся в формы со стальными стенками, составляли фракции размером 5 - 10 мм. Температура воды 3 - 5 0С. Линейные размеры при испытаниях принимались равными 1 : 50 по отношению к натурным.
Образцы формировались в холодильной установке при объемной влажности 15, 20, 22, 25, 30 и 35%, на промораживание каждого слоя отводилось от 1,5 до 2,5 ч в зависимости от степени влагонасыщения, что является вполне достаточным и обосновано результатами предыдущих исследований.
Определение прочности на одноосное сжатие осуществлялось нагружением образцов на прессе со скоростью 0,08 мм/сек до разрушения. При каждом из шести режимов влажности испытывалось по 9 образцов, коэффициент ва-
риации при этом колебался в пределах 10 - 19% при надежности результатов испытаний 94% и более. Изменение прочности образцов от содержания воды показано на графике приведенного рисунка.
Возрастание сопротивления мерзлых пород с льдом-цементом внешней нагрузке с увеличением льдистости до полного заполнения пор, а затем его снижение является известным фактом в механике мерзлых грунтов. При данных испытаниях вода заполняет пустоты между кусками пород, цементируя их при промораживании. При полном вла-гонасыщении слоев в образцах, которое происходит при наливании воды в объеме 30 - 32%, происходит цементация всех дробленых пород и возникает локальный максимум предела прочности льдопородного материала на сжатие. Увеличение объемов наливаемой воды приводит к ее избытку и образованию ледяных низкопрочных прослоек между слоями, что и приводит к снижению прочностных свойств всей закладки.
Исследования свойств образцов льдопороды, сформированных послойным намораживанием при различных термовлажностных условиях, показывают большой разброс пределов прочности на одноосное сжатие - от первых единиц до 8 - 10 МПа Указанное обстоятельство предполагает возможность создания разнопрочных закладочных массивов в зависимости от геотехноло-гического назначения целиков, т.е. использовать их несущую способность в мерах необходимости и достаточности путем дозированной подачи воды, например от 20 до 30% объема пород. Использование разнопрочности смерзшейся закладки может заключаться в закладке
0 1-------1-----1------1-----1------1-----1------1-----1------1-----
15 20 25 30 35
содержание воды, %
Изменение средних значений предела прочности образцов льдопородного материала на одноосное сжатие в зависимости от содержания воды.
составами наибольшей прочности (объ- пользования в роли искусственной поем заливаемой воды 28 - 32%) только толочины, что значительно расширит
краевых камер, формировании льдопо- область ее применения.
родных целиков с наибольшей прочно- Полученные результаты исследова-стью в центральном горизонтальном се- ний можно использовать при формиро-
чении и т.д. Относительно высокая вании льдопородной закладки в натур-
прочность льдопородной закладки ных условиях и расчетах конструктив-
предполагает также возможность ее ис- ных параметров систем разработки.
--------------------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Необутов Г.П. Подземная добыча руды с использованием льдопородной закладки на месторождении Бадран в Якутии/ Необутов Г.П., Зубков В.П., Мамонов А.Ф. // Горн. информ.-аналит. бюлл. -2001. - №10. - С. 71-74. ЕШ '
— Коротко об авторах -------------------------------------------------
Необутов Г.П. - кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Петров Д.Н. - младший научный сотрудник,
Институт горного дела Севера СО РАН им. Н.В. Черского, igds@ysn.ru
