6.6. Создание искусственных массивов из твердеющих смесей.
В выработанное пространство закладочные смеси могут подаваться сразу в готовом виде или отдельными компонентами. В первом случае все составляющие закладочную смесь компоненты перемешиваются на поверхности и из закладочного комплекса по трубопроводу транспортируются до места укладки, во втором - заполнитель и вяжущий раствор поступают раздельно и перемешиваются непосредственно перед началом закладочных работ. Наиболее часто в практике применяется первый способ.
Иногда прибегают к созданию искусственных массивов путем инъекции вяжущих растворов в дробленые породы, наполняющие выработанное пространство.
При транспортировании по трубам закладочные смеси должны обладать хорошей подвижностью. Поэтому их приготавливают с повышенным водовяжущим отношением 0,8÷1,3, вместо 0,4÷0,6, необходимым для полной гидратации вяжущего. Излишнее количество воды отрицательно действует на структуру и время упрочнения массива.
Для удаления излишней воды затвердевающие закладочные массивы должны обладать хорошими фильтрационными свойствами. Это необходимо учитывать при подборе их состава. Кроме того, на выходах из выработанного пространства до начала закладочных работ требуется сооружать специальные перемычки с дренирующими устройствами. С этой целью в перемычках (из бетона или дерева) устанавливаются перфорированные трубы, обернутые фильтрующей тканью (обычно мешковиной). Избыток воды повышает пористость искусственного массива, снижает его прочностные свойства и увеличивает компрессию при давлении сверху.
Более высокое качество искусственного массива получается в том случае, когда содержание вяжущего, наполнителей и воды в смеси по составу соответствует литому бетону. Такие смеси являются наиболее дорогими, их транспортирование по трубам требует значительного расхода сжатого воздуха и связано с интенсивным износом труб (особенно при крупном заполнителе).
Во время твердения закладочных материалов в результате физико-химических процессов гидратации вяжущего массив разогревается до 60÷80° С, что сказывается на его прочностных и деформационных свойствах. Установлено, что наиболее интенсивное нарастание прочности и температуры в плотном массиве происходит в течение первой недели после укладки. Оказывая положительное воздействие на упрочнение искусственного массива в начале его формирования, в дальнейшем влияние температуры на процесс твердения снижается, сроки окончательного твердения растягиваются. Зато возрастают тепловыделения в рудничную атмосферу, отрицательно влияющие на работоспособность горного персонала. Ввиду малой теплопроводности закладочного материала, остывание искусственного массива протекает медленно.
По данным практики Норильских рудников, максимальный разогрев смеси, содержащей 300 кг цемента на 1 м3 материала, наступает через 10-12 сут., достигает 38-40°С и затем снижается до нормальной рудничной температуры через 50—60 сут.
Для снижения тепловыделения рекомендуется:
уменьшение расхода и изменение состава вяжущего,
предварительное снижение начальной температуры смеси до 5÷120С перед ее затворением,
искусственное охлаждение массива (отвод тепла водой, циркулирующей по трубам или по специальным полостям в бетоне),
снижение производительности закладочных работ,
уменьшение объемов камер (слоев),
интенсивное охлаждение поверхности искусственного массива вентиляционной струей.
В заключение следует отметить, что при создании искусственных массивов должны выполняться основные требовании по полноте заполнения выработанного пространства и соответствию нормативной прочности закладочного массива конкретным условиям поддержании подрабатываемых пород.
Полнота заполнения пустот закладочной смесью зависит не только от технологии закладочных работ, но и от условий залегания и отработки месторождения полезного ископаемого, от способа оформления кровли камер и контроля за ней. Пункты подачи закладочной смеси в камеры должны располагаться с таким расчетом, чтобы заполнение пустот было полным, а работы по дозакладке - минимальными. Для обеспечения свободного растекания закладочного материала отрабатываемым слоям придают угол наклона 5-7° .
Инъекционный метод создания искусственного массива.
Основная сущность данного метода заключается в укреплении предварительно размещенного в выработанном пространстве сыпучего материала нагнетаемыми в него вяжущими растворами.
В качестве закладочного материала могут применяться породы, получаемые при проходке выработок или из карьерных отвалов, специально приготовленные дроблёные материалы, гравий, песок, шлаки и др. Материал должен обладать хорошей проницаемостью для инъектирующих растворов, поэтому в нем не должно быть излишнего количества глинистых и илистых частиц (обычно не более 10-15%). Хорошие фильтрационные свойства закладочного материала обеспечивают равномерную пропитку и надежное сцепление отдельных кусков, что, в конечном счете, повышает прочность искусственного массива.
Для инъекции применяют цементные или химические растворы, способные проникать в закладочный материал на значительные расстояния от места инъекции. Кроме того, инъекционные растворы должны быть стабильными по своему составу и не должны расслаиваться в процессе производства работ. Стоимость их должна быть невысокой.
К цементным растворам для снижения стоимости прибавляют глину, тонкомолотые шлаки и золу.
Например, на Дегтярском руднике применялись для инъекций растворы следующих составов: цемент, котельный шлак, вода (в соотношении 1,0:1,5:5,0:4,3) и цемент, котельный шлак, глина, вода (в соотношении 1,0:2,0:0,6:4,5). В испытанных растворах добавка глины обычно составляла 30-50%, а известняка - 20—30% от массы цемента. Плотность растворов изменялась от 1.1 до 1.8 т/м3.
Отмечается, что в добавляемых к растворам глинах (для лучшей проницаемости) должно быть не более 25-30% песка, ибо при больших количествах он выпадает в осадок и тем самым нарушает стабильность состава раствора; повышается его склонность к расслаиванию. В течение суток растворы схватываются. Прочность смешанного вяжущего изменяется, в зависимости от соотношения составляющих компонентов, обычно от 1,0 до 5,0 МПа. Прочность на сжатие искусственного массива после полного затвердения раствора может достигать 2,0—3,0 МПа, что обеспечивает в дальнейшем выемку междукамерных целиков.
Наиболее стабильными по составу являются растворы химических соединений (карбамидные смолы, жидкое стекло и др.). Эти растворы способны, как и вода, проникать в любые пустоты. Но их применение для создания искусственных массивов пока не получило широкого распространения из-за высокой стоимости и сложности транспортирования в подземные выработки в больших количествах. Они чаще всего применяются в случае инъекционного упрочнения трещиноватых пород вокруг горных выработок, боков и кровли камер.
Подача растворов для упрочнения закладочного материала осуществляется самотечным (гравитационным) способом или при помощи избыточного давления (2÷2,5 МПа) методом восходящего потока (рис 6.11).
Рис. 6.11. Схема создания искусственного массива методом инъекции:
1 - откаточный штрек; 2 - восстающие; 3 - камера, заполненная закладочным материалом; 4 - перемычки; 5 — трубопровод для подачи инъекционного раствора; 6 - закладочный восстающий; 7 – вентиляционный штрек.|
Инъекционный раствор в последнем случае подается за перемычки, начиная с нижних подэтажей, до тех пор, пока не появляется в выработках верхних подэтажей.
Прочность закладочного массива при этом способе зависит от полноты пропитки сыпучей массы и качества инъекционных растворов. Контроль за прочностью формируемого искусственного массива осуществляется путем испытания выбуриваемых в нем кернов.