Способ возведения закладочного массива из твердеющих бесклинкерных смесей

Способ возведения закладочного массива из твердеющих бесклинкерных смесей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной разработке полезных ископаемых системами с закладкой выработанного пространства твердеющей закладочной смесью.

Известен способ закладки при нисходящей выемке полезного ископаемого заходками, заключающийся в том, что формируют разнопрочный массив по высоте заходок слоями с созданием несущего нижнего слоя и подкровельного слоя из твердеющих смесей, подкровельный слой закладывают твердеющими смесями с добавкой невзрывчатого разрушающего средства НРС-1 в следующем соотношении, мас.%: песчано-гравийная смесь - 68, цемент - 10, НРС-1 - 7, вода - 15, а высоту подкровельного слоя выбирают исходя из 10%-ного увеличения объема твердеющей смеси (патент РФ №2069765, Е 21 F 15/00, 1996 г., Бюл. №33).

Недостатком известного способа является высокая себестоимость закладочных работ из-за высокой стоимости цемента и значительных транспортных расходов на его поставку.

Известен способ возведения закладочного массива, включающий приготовление твердеющей смеси из цемента, золы и малоактивных вяжущих материалов, послойное заполнение выработанного пространства, при этом слои закладки, прилегающие к обнажаемой поверхности выработанного пространства, формируют из смеси, имеющей температуру в течение времени набора прочности 20-50°С (авторское свид. СССР №1199954, Е 21 F 15/00, 1995 г., Бюл. №47).

Недостатками данного способа являются высокие усадочные деформации формируемого искусственного массива, обусловленные отсутствием в составе какого-либо расширяющегося компонента, высокая стоимость возведения искусственного массива, обусловленная использованием в его составе дорогостоящего портландцемента, необеспечение достаточной безопасности ведения работ ввиду последующих деформаций вышележащего горного массива, значительные затраты теплоэнергии на поддержание температуры слоя искусственного массива при наборе нормативной прочности.

Наиболее близок по технической сущности способ возведения закладочного массива из твердеющих смесей, включающий подачу в смеситель вяжущего с добавкой инертного заполнителя и воды, подогретой до 16-40°С, транспортирование закладочной смеси по трубопроводу бетононасосом и укладку смеси за теплоизоляционное ограждение, при этом в качестве вяжущего используют молотые гранулированные шлаки с добавкой 15-20% от массы вяжущего негашеной извести, которая осуществляет дополнительный разогрев укладываемой в выработки смеси до 40-70°С (авторское свид. СССР №1730471, Е 21 F 15/00, 1992, Бюл. №16).

Недостатком известного способа является высокая себестоимость закладочных работ из-за высоких эксплуатационных затрат на возведение закладочного массива, которые обусловлены затратами, связанными с необходимостью затворения твердеющей смеси горячей водой (значительный расход тепла) и подачей ее с помощью бетононасоса (высокий расход электроэнергии и сжатого воздуха). Кроме того, твердеющая смесь предложенного состава обеспечивает низкое качество заполнения горной выработки, в частности образуется недозаклад из-за того, что твердеющая смесь, затворяемая горячей водой, характеризуется низкой подвижностью и растекаемостью. Недозаклад провоцирует деформации нижележащего горного массива, в результате чего снижается безопасность ведения горных работ, а также требует дополнительных работ по заполнению горной выработки, что ведет к понижению интенсивности ведения горнодобывающих работ.

Технический результат изобретения - повышение безопасности работ за счет улучшения качества заполнения горной выработки, снижение себестоимости закладочных работ и повышение интенсивности ведения горных работ.

Достигается технический результат тем, что в способе возведения закладочного массива из твердеющих бесклинкерных смесей, включающем смешивание измельченного известьсодержащего вяжущего, воды затворения и заполнителя, транспортирование закладочной смеси к месту укладки, послойное заполнение горной выработки закладочной смесью, в качестве известьсодержащего вяжущего используют активный алюмосиликатный материал и обожженные карбонатные породы с содержанием активных CaO+MgO не менее 40%, измельченные до тонкости помола, характеризующейся остатком на сите 0,08 мм не более 15%, подают измельченные обожженные карбонатные породы в процесс смешивания с содержанием активных CaO+MgO не более 9,1% от массы закладочной смеси, причем на перевод окислов Са и Mg в гидроокислы расход воды составляет не более 20% от массы обожженных карбонатных пород в пересчете на активные CaO+MgO, в воду затворения перед ее поступлением в процесс смешивания добавляют флегматизатор в количестве, определяемом по формуле: Д=(0,005÷0,021)×С_и/С_в, где Д - количество флегматизатора в 1 л воды затворения, кг, (0,005÷0,021) - коэффициент, учитывающий пропорциональное соотношение флегматизатора и обожженных карбонатных пород в составе закладочной смеси, С_и - расход обожженных карбонатных пород в составе закладочной смеси, кг, С_в - экспериментально определенный расход воды затворения в составе закладочной смеси, л, заполнение горной выработки ведут с интенсивностью, выбранной в зависимости от времени твердения и степени саморазогревания закладочного массива, при этом соотношение компонентов в закладочной смеси следующее, мас.%:

активный алюмосиликатный материал	5,6-33,2
обожженные при 900-1200°С карбонатные породы
с содержанием активных CaO+MgO не менее 40%	1,0-16,7
вода затворения с флегматизатором	10,6-27,5
заполнитель	остальное

Кроме того, обожженные карбонатные породы представлены или вмещающими карбонатными породами кимберлитовых месторождений, или карбонатными породами.

Кроме того, в качестве активного алюмосиликатного материала применяют или туфы, или цеолитсодержащие породы, или обожженные алюмосиликатные породы вскрыши кимберлитовых месторождений, или обожженные мергели, или обожженную глину, или обожженные хвосты обогащения кимберлитовых руд, или гранулированные доменные шлаки.

Кроме того, в качестве заполнителя используют и/или песок; хвосты обогащения; измельченные алюмосиликатные породы (туфы), диабазовые, карбонатные породы.

Кроме того, в качестве флегматизатора применяют или лигносульфат технический (ЛСТ), или суперпластификатор С-3 (продукт поликонденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида) и лигносульфат технический, взятые в соотношении 2:1.

Кроме того, мощность начального слоя уложенного закладочного массива не менее 3 м за сутки.

Для обеспечения безопасности ведения горных работ путем достижения нормативных прочностных параметров закладочного массива и исключения недозакладки заполняемого пространства, для снижения себестоимости закладочных работ и повышения интенсивности ведения горных работ предлагается возводить закладочные массивы из твердеющей закладочной бесклинкерной смеси на основе активных алюмосиликатных материалов и обожженных карбонатных пород, содержащих материалы, которые можно использовать в качестве известьсодержащего вяжущего после их определенной подготовки, при условии обработки воды затворения перед подачей в процесс смешивания компонентов флегматизатором, который замедляет процесс гидратации известьсодержащего вяжущего, и при определенных условиях укладки твердеющей смеси в горные выработки.

Так, в качестве материала для получения известьсодержащего вяжущего предлагается использовать активный алюмосиликатный материал, содержащий окислы SiO₂ и Al₂О₃ в активной форме, активность которого обусловлена от природы или получена в процессе термообработки - обжига при температурах, обеспечивающих удаление из глинистых минералов адсорбционной и гидратной воды с образованием гидросоалюминиевой соли метакремниевой кислоты, легко распадающейся в водной щелочной среде на ионы Al₂(ОН)⁺² и SiO₃ ^-2 реакционно-активные к СаО и MgO, а также карбонатные породы, обожженные при температуре 900-1200°С с целью их полной декарбонизации, т.е. перехода карбонатов Mg и Са в окиси СаО и MgO. Содержание в обожженных карбонатных породах, используемых при производстве закладки активных СаО и MgO, должно быть не менее 40%. Это самый дорогостоящий компонент закладки. Обжигать карбонатные породы, в которых содержание активных окислов будет менее 40%, а 60% будут составлять инертные материалы - экономически нецелесообразно.

В качестве заполнителя может быть использован любой материал, в том числе и отходы горно-обогатительного производства, пригодные для использования при получении закладочных смесей.

Перед подачей в процесс приготовления твердеющей закладочной смеси обожженные карбонатные породы измельчают автономно или в комбинации с активными алюмосиликатными материалами, причем тонкость их помола должна характеризоваться остатком на сите 0,08 мм не более 15%. Увеличение тонкости помола обожженных карбонатных пород или комбинации их с активными алюмосиликатными породами свыше заявляемого предела (остатка на сите 0,08 мм не более 15%) не целесообразно вследствие потери подвижности закладочных смесей. При недостаточном помоле снижается прочность закладочных смесей, т.к. уменьшается степень соприкосновения частиц активной извести с частицами активной алюмосиликатной породы.

В процесс смешивания подают измельченные по сухому без добавления воды или с частичным подгашиванием обожженные карбонатные породы. Содержание негашеной извести в пересчете на CaO+MgO активные должно быть не более 9,1% от массы закладочной смеси, а частичное подгашивание для перевода окислов Са и Mg в гидроокислы, не обладающие тепловыделением, осуществляют при расходе воды не более 20% от массы обожженных карбонатных пород в пересчете на активные CaO+MgO. При этих условиях обеспечивается тепловыделение закладочной смеси не более 100 кДж/кг.

Для обеспечения рационального использования тепла от гидратации известьсодержащего вяжущего, т.е. с целью перенесения процесса тепловыделения и увеличения в объеме обожженных карбонатных пород в выработанное пространство, предлагается замедлить их гидратацию на время перемешивания компонентов смеси и транспортирования смеси в горные выработки путем использования в качестве затворителя закладочных смесей воды, в которой содержится флегматизатор, и подавать ее непосредственно перед введением в закладочную смесь обожженных карбонатных пород. Флегматизатор представлен или лигносульфатом техническим (ЛСТ), или лигносульфонатом техническим и суперпластификатором С-3, взятых в соотношении 1:2 соответственно. Содержание флегматизатора в воде затворения устанавливается исходя из содержания обожженных карбонатных пород в закладочной смеси по формуле:

Д=(0,005÷0,021) С_и/С_в,

где Д - количество флегматизатора в 1 л воды затворения, кг,

0,005÷0,021 - коэффициент, учитывающий пропорциональное соотношение флегматизатора и обожженных карбонатных пород в составе закладочной смеси,

С_и - расход обожженных карбонатных пород (негашеной извести) в составе закладочной смеси, кг,

С_в - экспериментально определенный расход воды затворения в составе закладочной смеси, л (определяется на стадии предварительных экспериментов).

Эффективность действия флегматизатора выше и ниже данного предела как замедлителя процесса гидратации обожженных карбонатных пород снижается. При введении флегматизатора в заявляемом пределе процесс тепловыделения обожженных карбонатных пород замедляется (фиг.1, 2), что отражается на времени тепловыделения закладочной смеси в целом (фиг.3). Конкретный расход флегматизатора в воде затворения устанавливается в зависимости от требуемого времени на перемешивание и транспортирование закладочной смеси (фиг.2, 3). В таблице 1 представлена динамика изменения температуры закладочной смеси на известьсодержащем вяжущем, затворенной водой, содержащей флегматизатор (установлена калориметрическим способом).

Реологические показатели закладочной смеси на основе известьсодержащего вяжущего проверялись экспериментальным путем (табл.2). Вывод: флегматизация процесса гидратации извести позволяет свободно транспортировать известьсодержащую закладочную смесь по трубопроводу в самотечном режиме и легко заполнять горные выработки без каких-либо вспомогательных операций, повторяя контуры рудного тела и обеспечивая однородную монолитную структуру искусственного массива.

При заполнении горной выработки закладочной смесью необходимо обеспечить интенсивность ее заполнения с учетом требуемой температуры саморазогревания закладочного массива и времени сохранения тепла от саморазогревания закладочного массива, за которое происходит набор нормативной прочности. При низких температурах шахтного воздуха, горного массива для сохранения тепла от саморазогревания закладочного массива необходимо обеспечить массивность начального слоя закладочного массива не менее 3 м за сутки. В противном случае наблюдаются высокие теплопотери, обусловленные проветриванием горных выработок воздушной струей, (фиг.4) нормативные прочностные показатели закладки не будут достигнуты, что не обеспечит безопасность ведения горных работ.

Однако избыточное саморазогревание искусственных массивов (свыше 70°С) нецелесообразно ввиду появления температурных деформаций при их твердении, табл.3. Кроме того, это нецелесообразно и в связи с возникающими дискомфортными условиями труда шахтеров.

С целью исключения температурных деформаций при расходах обожженных карбонатных пород в пересчете на активные CaO+MgO в смеси свыше 9,1% от массы закладочной смеси, необходимо часть окисей кальция и магния в обожженных карбонатных породах, используемых при приготовлении закладки, переводить в гидраты окислов кальция и магния, не обладающих тепловыделением. Тем самым саморазогревание закладочной смеси доводится до требуемого уровня. Для этого в процессе измельчения обожженных карбонатных пород они опрыскиваются заданным количеством воды до величины, обеспечивающей тепловыделение закладочного массива не более 100 кДж/кг (табл.3). Причем на перевод окислов Са и Mg в гидроокислы расход воды составляет не более 20% от массы обожженных карбонатных пород в пересчете на активные CaO+MgO, при этом обожженные карбонатные породы остаются сухим продуктом, т.к. вся влага расходуется на подгашивание извести.

Величина тепловыделения закладочной смеси зависит от содержания в обожженных карбонатных породах активных CaO+MgO и от расхода обожженных карбонатных пород в составе закладочной смеси и вычисляется из выражения:

G_з=(1050 А С_и)/γ_з,

где G_з - тепловыделение закладочной смеси, кДж/кг;

С_и - расход обожженных карбонатных пород в составе закладочной смеси, кг/м³,

А=0,4÷1,0 - коэффициент, учитывающий пропорциональное соотношение активных CaO+MgO и обожженных карбонатных пород,

γ_з - объемная масса закладочной смеси, кг/м³.

При соблюдении условий возведения закладочного массива закладочные смеси не дают усадочных деформаций, а несколько увеличиваются в объеме (табл.3), что исключает недозаклад при заполнении горных выработок, при этом обеспечивается безопасность ведения горных работ, поскольку исключаются деформации вышележащего горного массива, а также необходимость в погашении недозаклада, что интенсифицирует ход ведения закладочных работ.

Свойства закладочной смеси должны обеспечивать устойчивый режим ее транспортирования от закладочного комплекса к закладываемой выработке, равномерную укладку в выработанном пространстве с повторением контуров рудного тела и набором требуемой прочности в заданные сроки. При этом регламентируются следующие технологические параметры закладочных смесей: осадка конуса «СтройЦНИЛа» 9,0-14,0 см; предельное напряжение сдвига не более 200 Па; коэффициент расслаиваемости не более 1,3; схватывание не раньше 2-х часов с момента затворения; угол растекания не более 7; водоотдача не более 2%; нормативная прочность в условиях рудника должна обеспечивать требования от 0,5 МПа и выше. Верхний уровень предъявляется системами разработки месторождений в соответствии с прочностью искусственных массивов при их обнажениях.

Составы закладочных смесей, табл.4, содержат следующие компоненты, мас.%:

активный алюмосиликатный материал	5,6-33,2
обожженные при 900-1200°С карбонатные породы
с содержанием активных CaO+MgO не менее 40%	1,0-16,7
вода затворения с флегматизатором	10,6-27,5
заполнитель	остальное

Рациональная область введения обожженных карбонатных пород в состав закладочной смеси составляет 1,0-16,7%. При содержании обожженных карбонатных пород ниже отмеченного предела не происходит требуемого саморазогревания закладочных смесей в выработанном пространстве, прочность закладки ниже 0,5 МПа, т.е. ниже всех нормативных показателей (состав 22 в табл.4).

Введение обожженных карбонатных пород выше заявляемого предела приводит к ухудшению реологических показателей закладочной смеси - смесь быстро густеет, теряет подвижность, предельное напряжение сдвига превышает допустимый показатель (более 200 Па) без увеличения прочности закладочной смеси (состав 25 в табл.4).

Активные алюмосиликатные материалы играют важную роль как в обеспечении прочности, так и в обеспечении требуемых реологических показателей закладочной смеси. Тонкодисперсные частички активных алюмосиликатных материалов, адсорбционно удерживая на своей поверхности значительное количество воды, создают своеобразную "смазку" для всех составляющих закладочной смеси, уменьшая трение между ними. Одновременно, адсорбированная вода выполняет роль "смазки" между закладочной смесью и стенкой трубопровода. Возникает тиксотропный эффект, снижающий коэффициент пристенного трения и увеличивающий растекаемость закладочной смеси в выработанном пространстве. Адсорбционно вода удерживается до прекращения транспортирования смеси и начала реакции новообразований с частичками окисей магния и кальция.

Рациональная область введения активных алюмосиликатных материалов составляет 5,6-33,2% от массы закладочной смеси. При их содержании ниже данного предела снижается прочность закладочной смеси. При предельно допустимых показателях обожженных карбонатных пород в составе закладочной смеси снижение активных алюмосиликатных пород ниже 5,6% от ее массы не обеспечивает прочность, соответствующую нормативным показателям (состав 14 в табл.4). Превышение данного предела нецелесообразно ввиду того, что это не приводит к увеличению прочности закладочной смеси (состав 9 в табл.4).

Рациональное количество воды затворения с флегматизатором в смеси 10,6-27,5% от массы закладочной смеси. Перерасход воды затворения с флегматизатором отрицательно отражается на подвижности и однородности закладки (больше нормы, появляется водоотделение и расслоение смеси), а также на прочности закладочной смеси (состав 26 в табл.4). Содержание данного компонента ниже заявляемого предела не обеспечивает предельно допустимую подвижность закладочной смеси, т.к. ниже 9,0 см (составы 32 в табл.4).

Роль активных алюмосиликатных материалов могут играть как от природы активные материалы (цеолит, туф - составы 1-14, 19-26, 29, 32-34 в табл.4), так и активированные в процессе термообработки материалы (обожженные глины - составы 27 и 30 в табл.4; обожженные мергели - составы 15-18 в табл.4; обожженные хвосты обогащения - состав 31 в табл.4, а также доменные гранулированные шлаки - состав 28 в табл.4).

Температура обжига глин, мергелей и хвостов обогащения составляет 700-850°С. При этом происходит полное разрушение структуры глинистых минералов, содержащихся в материалах, и они переходят в водорастворимые соединения, являющиеся реакционно активным по отношению к гидратам и окислам кальция и магния, содержащихся в обожженных карбонатных породах.

Укрупненные возможные схемы приготовления закладочной смеси представлены на фиг.5а-б. Они отличаются тем, что в варианте на фиг.5а в качестве активных алюмосиликатных материалов закладочной смеси и заполнителя используются одни и те же материалы, например туфовые породы. При этом измельчение активных алюмосиликатных материалов и получение заполнителя осуществляется в едином агрегате - шаровой мельнице типа МШР 3600×5000, процесс измельчения материала в мельнице осуществляется по мокрому способу. В качестве жидкой среды используется вода затворения с флегматизатором обожженных карбонатных пород, поскольку сразу после мельницы выгружаемая из нее пульповая смесь из активных алюмосиликатных пород и воды затворения с флегматизатором смешивается в смесителе, например WAH 009, с сухими молотыми обожженными карбонатными породами (помол производится автономно в шаровой мельнице, например, CM 1456A), содержащими окислы и гидраты окислов кальция и магния в требуемом (по фактору обеспечения заданного тепловыделения закладки) соотношении.

В варианте на фиг.5б измельчение активных алюмосиликатных пород и обожженных карбонатных пород происходит по сухому способу в шаровой мельнице, например, CM 1456A. Далее молотый продукт подается в смеситель непрерывного действия, например, СБ 109А, где соединяется с заполнителем и водой затворения с флегматизатором. Из смесителя готовая закладочная смесь направляется в выработанное пространство.

Пример реализации.

Трубка «Айхал» представляет собой крутопадающее сплюснуто-трубчатое тело северо-восточного простирания под углом 63°. На глубине 126 м трубка разделяется на 2 рудных тела: юго-западное (ЮЗРТ) и северо-восточное (СВРТ), разделенные массивом вмещающих карбонатных пород мощностью от 22 на отм. -225 до 105 м на отм.-400 м. СВРТ на глубине 620 м разделяется на 2 рудных столба: западный и восточный. Трубка «Айхал» расположена в зоне сплошного развития многолетнемерзлых пород мощностью 400-500 м. Нулевая изотерма зафиксирована на глубине около 700 м (- 200 абс.). Температура вмещающих пород и кимберлита изменяется по глубине от -4,2 до +2°С.

В связи с низкой устойчивостью горного массива проектом подземного рудника «Айхал» предусмотрена сплошная нисходящая слоевая система разработки с закладкой выработанного пространства. Месторождение характеризуется ограниченными параметрами рудных тел в плане. Для обеспечения заданной производительности рудника добычу производят одновременно в трех слоях. Отработка лент в слое осуществляется последовательно. Параметры очистной заходки 4,5×5 (м) на ширину рудного тела (примерно 28 м).

Закладочная смесь размещается в закладываемой выработке свободным растеканием по мере ее поступления из скважины, пробуренной заблаговременно из вышележащего слоевого штрека в высшую точку очистной заходки, которая имеет общий уклон 4° (на 1-2° больше угла растекания закладочной смеси).

Нормативная прочность закладочной смеси в различных частях закладочного массива должна отвечать следующим требованиям:

1) в стенках закладочного массива не менее 1.0 МПа;

2) поверхностная часть массива, являющаяся непосредственной почвой при отработке следующего слоя, на котором в последующем работает технологическое оборудование, не менее 1.5 МПа;

3) несущий слой в кровле нижележащей очистной заходки - не менее 4 МПа (в зависимости от толщины слоя);

4) не обнажаемая в последующем часть закладочного массива не менее 0,5 МПа.

Интенсивность подачи закладочной смеси в выработанное пространство в целях равномерного ее распределения по всей длине заходки должна быть не менее 80 м³/ч, чем практически определяется нижний предел производительности закладочного комплекса.

Очевидно, что с целью обеспечения нормативных прочностных параметров закладочного массива в условиях его твердения в контакте с мерзлым горным массивом необходимо обеспечить ему саморазогревание, достаточное для набора требуемой прочности до момента остывания закладочного массива под воздействием теплообменных процессов с мерзлым горным массивом. Основная идея в использовании в качестве компонента закладочных смесей, обеспечивающего их саморазогревание, мощного тепловыделяющего материала - обожженных карбонатных пород.

В качестве сырья были рекомендованы к использованию местные месторождения алюмосиликатных и карбонатных материалов с запасами: карбонатных пород, известняков - "Участок" №52 - 1,4 млн.м³, алюмосиликатных материалов, туфов - "Закладочное" - 3,8 млн.м³.

Для разработки технологического регламента в проект подземного рудника "Айхал" предложен состав (см. ниже), технология приготовления (см. фиг.5а). Состав закладочной смеси, мас.%:

обожженные при 1100°С карбонатные породы с
содержанием активных СаО+MgO 60%	10,3
активные алюмосиликатные породы - туфы	26,15
заполнитель - туфы	39,45
вода затворения с флегматизатором (ЛСТ)	24,10.

Количество ЛСТ в 1 л воды затворения составляет

Д=0,018×190/442=0,008 кг/л.

Технологические параметры бесклинкерной закладочной смеси: подвижность (по конусу СтройЦНИИЛа) - 14,5 см, растекаемость на приборе Суттарда - 18,0 см, объемная масса смеси - 1,84 т/м³, предельное напряжение сдвига 60 Па, прочность при сжатии при твердении в условиях, адаптированных к условиям подземного рудника через 28 суток - 5,22 МПа. В течение 40 минут с момента затворения смеси исследовались ее реологические параметры. Вывод: транспортабельные свойства закладочной смеси в течение данного времени сохраняются (см. табл.2).

Закладочная смесь приготавливается на поверхностном закладочном комплексе из обожженных карбонатных материалов (известняков), активных алюмосиликатных материалов (туфовых пород) и воды затворения с флегматизатором, представляющим собой лигносульфонат технический (ЛСТ). Активный алюмосиликатный материал и заполнитель приготавливаются в одном агрегате - шаровой мельнице МШР 3600×5000 по мокрому способу, при этом роль жидкой среды в процессе измельчения выполняет вода затворения с флегматизатором. Обожженные карбонатные породы измельчаются автономно, в шаровой мельнице СМ 1456А, до тонины помола, характеризуемой остатком на сите 0,08 мм - не более 15%. Мокрый и сухой поток материалов соединяется в смесителе непрерывного действия марки WAH 009. Из смесителя готовая закладочная смесь направляется в трубопровод, по которому транспортируется в выработанное пространство. Начальный слой искусственного массива мощностью 3 м рекомендовано возводить в течение суток. С целью обеспечения мощности искусственного массива не менее 3 м/сутки протяженные заходки (более 40 м) рекомендовано закладывать отдельными участками с возведением промежуточных перемычек. При длине заходок менее 40 м промежуточные перемычки возводить нецелесообразно. Протяженность отдельных участков обоснована исходя из суточной производительности закладочного комплекса (1200 м³), ширины заходок (5,1 м), угла наклона почвы выработок (5°) и угла растекания закладочной смеси (3°). Расстояние между перемычками для конкретных условий определяется исходя из объемов производимой закладки за сутки по формуле:

L=28,92 ln (G_з)-158,15,

где L - расстояние между промежуточными перемычками, м,

G_з - суточный объем закладочной смеси, м³.

Глухая перемычка у слоевого орта позволяет заложить высокопрочной закладкой оставшуюся нижнюю часть заходки и малопрочной (с более высокой подвижностью) - верхнюю часть заходки по всей ее длине.

При соблюдении ограничения по минимально допустимой мощности возводимого слоя в подошве искусственного массива формируется температура около 60°С, обеспечивающая его интенсивное твердение, что способствует формированию высокопрочного несущего слоя.

Рентабельность отработки месторождения системами с закладкой обеспечивается при условии стоимости возводимых искусственных массивов не более 800 руб. за 1 м³.

Использование предложенного технического решения полностью исключает потребление для закладочных работ привозного дорогостоящегося и частично гидратирующегося в процессе длительных доставки и хранения портландцемента, а также позволяет процесс саморазогревания закладочных смесей перенести в выработанное пространство, тем самым исключить недозаклад и сократить время на формирование закладочного массива в горной выработке, а последнее в свою очередь ведет к интенсификации горно-добычных работ.

Таблица 1Динамика изменения температуры закладочной смеси (флегматизатор - ЛСТ:обожженные карбонатные породы=0,005:1)
Время после затворения закладочной смеси водой затворения с флегматизатором, час-мин	Температура закладочной смеси,°С при содержании в ней обожженных карбонатных пород, кг/м3
120	160	200
0-25	22,9	21,5	26,6
0-35	28,7	26,4	31,3
0-40	30,3	29,2	34,8
0-55	31,5	32,1	40,2
1-10	33,2	34,4	50,1
1-25	33,2	37,5	63,0
1-40	35,8	43,0	67,0
1-55	45,6	50,0	68,3
2-10	50,0	56,1	68,7
2-25	51,9	59,6	70,0
2-40	52,6	60,5	70,0
2-55	53,5	61,0	70,0
3-10	54,3	61,2
3-25	55,0	61,2
3-40	55,2	61,2
3-55	55,6
4-10	55,2
4-25	55,2

Таблица 2Изменение реологических свойств закладочной смеси во времени
Время после затворения, мин	Реологические параметры
Подвижность, см	Растекаемость, см	Предельное напряжение сдвига, Па
10	14,2	18,0	67
20	13,6	17,0	68
30	13,5	16,8	72
40	13,0	16,0	85

Таблица 3.Влияние содержания обожженных карбонатных пород в составе закладочной смеси на температурные деформации закладочного массива (содержание активных CaO+MgO в обожженных карбонатных породах 87%)
Содержание обожженных карбонатных пород в составе закладочной смеси, кг/м3/ мас.% в пересчете на CaO+MgO активные	Температура закладочной смеси, "С	Тепловыделение закладочного массива, кДж/кг	Линейное расширение закладочного массива, мм/м (через сутки)	Температурные трещины
120/5,7	55,6	69,6	+3,4	отсутствуют
160/7,4	61,2	84,2	+16,1	отсутствуют
200/9,1	70,0	98,2	+29,6	отсутствуют
240/10,9	77,0	112,7	+40,4	визуально фиксируются

1. Способ возведения закладочного массива из твердеющих бесклинкерных смесей, включающий смешивание измельченного известьсодержащего вяжущего, воды затворения и заполнителя, транспортирование закладочной смеси к месту укладки, послойное заполнение горной выработки закладочной смесью, отличающийся тем, что в качестве известьсодержащего вяжущего используют активный алюмосиликатный материал и обожженные карбонатные породы с содержанием активных CaO+MgO не менее 40%, измельченные до тонкости помола, характеризующейся остатком на сите 0,08 мм не более 15%, подают измельченные обожженные карбонатные породы в процесс смешивания с содержанием активных CaO+MgO не более 9,1% от массы закладочной смеси, причем на перевод окислов Са и Mg в гидроокислы расход воды составляет не более 20% от массы обожженных карбонатных пород в пересчете на активные CaO+MgO, в воду затворения перед ее поступлением в процесс смешивания добавляют флегматизатор в количестве, определяемом по формуле:

Д=(0,005÷0,021)·С_и/С_в,

где Д - количество флегматизатора в 1 л воды затворения, кг;

(0,005÷0,021) - коэффициент, учитывающий пропорциональное соотношение флегматизатора и обожженных карбонатных пород в составе закладочной смеси;

С_и - расход обожженных карбонатных пород в составе закладочной смеси, кг;

С_в - экспериментально определенный расход воды затворения в составе закладочной смеси, л,

заполнение горной выработки ведут с интенсивностью, выбранной в зависимости от времени твердения и степени саморазогревания закладочного массива, при этом соотношение компонентов в закладочной смеси следующее, мас.%:

Активный алюмосиликатный материал	5,6-33,2
Обожженные при 900-1200°С карбонатные породы
с содержанием активных CaO+MgO не менее 40%	1,0-16,7
Вода затворения с флегматизатором	10,6-27,5
Заполнитель	Остальное

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обожженные карбонатные породы представлены или вмещающими породами кимберлитовых месторождений или карбонатными породами.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве активного алюмосиликатного материала применяют или туфы, или цеолитсодержащие породы, или обожженные алюмосиликатные породы вскрыши кимберлитовых месторождений, или обожженные мергели, или обожженную глину, или обожженные хвосты обогащения кимберлитовых руд или гранулированные доменные шлаки.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве заполнителя используют и/или песок, хвосты обогащения, измельченные алюмосиликатные породы - туфы, диабазовые, карбонатные породы.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве флегматизатора применяют или лигносульфат технический - ЛСТ, или суперпластификатор С-3 - продукт поликонденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида и лигносульфат технический, взятые в соотношении 2:1.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что мощность начального слоя уложенного закладочного массива не менее 3 м за сутки.