Hardening backfill at potash mines: promising materials regulating stress-strain behavior of rock mass

Abstract

Анализ опыта отработки калийных месторождений показал, что традиционно применяемые технологии извлечения характеризуются низкой эффективностью. Добыча калийных солей, в основном, осуществляется с применением систем с естественным поддержанием очистного пространства, что предопределяет высокие потери в оставляемых целиках. При этом такие технологии не всегда обеспечивают сохранность водозащитной толщи, нарушение которой ведёт к проникновению надсолевых вод в рудник, вызывает «размывание» целиков ввиду высокой растворимости соляных пород и является причиной полного затопления рудников. Целью работы является анализ ранее проведённых исследований, где рассмотрены способы регулирования напряжённого состояния массива и снижения интенсивности деформационных изменений подработанного массива при отработке месторождений калийных солей и разработка вектора развития технологий и материалов для заполнения образующихся пустот, которые позволят регулировать нагрузку от вышележащего массива и препятствовать боковым деформациям оставляемых целиков. Методология.Для достижения поставленной цели был проведён анализ практики ведения горных работ на калийных месторождениях в совокупности с обзором ранее выполненных исследований в области извлечения полезных ископаемых подземным способом. Результаты исследования. В статье проанализированы составы закладочной смеси, применяемые в горной промышленности. Учтён опыт укладки солеотходов в выработанное пространство калийных рудников. С целью уменьшения себестоимости закладочных работ предложена полная замена цементного вяжущего на отходы металлургических предприятий. Проанализированы исследования применения доменных гранулированных шлаков в качестве вяжущего в закладочной смеси. Ранее проведёнными исследованиями доказана необходимость предварительной механической активации в дезинтеграторе доменных шлаков. Отмечено, что регулирование прочностных и реологических характеристик осуществляется путём применения различных добавок. С целью снижения нагрузки на окружающую среду подтверждена необходимость применения отходов обогащения в составе закладочных смесей. Выводы. Рекомендована замена традиционного способа отработки калийных месторождений на системы с многостадийной выемкой руды, выполняющие закладку камер и доизвлечение целиков. Применение систем с многостадийной выемкой позволит отрабатывать запасы, оставляемые в целиках, что значительно снижает потери, а полная закладка твердеющими смесями позволит более эффективно управлять горным давлением и снизит вероятность разрушения подработанного породного массива. Analysis of potash mining experience has shown that traditional technologies are characterized by low efficiency. Method with natural support is mainly used for potash mining, which predetermines high losses in the remaining pillars. At the same time, such technologies do not always ensure the preservation of water protection strata. The violation of water protection strata leads to the penetration of above-salt water into the mine, causes "erosion" of pillars due to the high solubility of salt rocks, and causes complete flooding of mines. Aim of the article is analysis of earlier studies on control and reduction of stress-strain behavior of rock mass for potash mines and development vector of technologies and materials for filling mined-oud voids to control the overlying mass and prevent lateral deformations of pillars. Methods. To achieve this purpose, mining practices at potash deposits were analyzed in conjunction with a review of previous research on underground mineral extraction. Results. The paper analyzes the compositions of hardening backfill used in the mining industry. The experience of laying salt waste in the mined-out space of potash mines is considered. Complete replacement of cement binder by the waste of metallurgical enterprises is proposed to reduce the cost of backfill. The research on the use of blast furnace granulated slag as a binder in backfill is analyzed. Earlier studies proved the necessity of preliminary mechanical activation in the disintegrator of blast-furnace slags. The regulation of strength and rheological characteristics is carried out by application of additives. In order to reduce the load on the environment, the necessity of tailings application in backfill mixtures is confirmed. Conclusion. The paper recommends replacing the traditional method of potash mining with several-stage stoping. Several-stage stoping performs backfilling and extraction of pillars. Several-stage stoping will allow to significantly reduce mineral losses by extract pillars and to control stress strain behavior more effectively.

Topics & Concepts