Granulometric composition research of mine rocks as a material for backfilling the mined-out area in coal mines

Abstract

Purpose. Determination of the granulometric characteristics and loosening coefficient of mine rocks formed during stope operations from undercutting the bottom rocks as a potential backfill material based on a set of mine and laboratory research. Methods. To do research, a complex methodology is used, which includes a photographic surveying the mass of destroyed rocks from undercutting the bottom rocks in mine conditions, digital processing and determining the granulometric composition in the software package, sampling the mine rocks at the surface complex, and reconstructing the granulometric composition, similar to the full-scale mine conditions in the laboratory. Sieve analysis, laboratory balance and laboratory container are used to determine the granulometric composition and loosening coefficient. Findings. The dependence between the granulometric composition and loosening coefficient of rocks, which increases by 33% within fractions of 0-50 mm and by 8% within fractions of 50-140 mm, has been revealed. It has been determined that the destroyed rocks in the face within fractions of 0-140 mm have a bulk density of 1.28 g/cm3, loosening coefficient of 1.7, the voidness of and the maximum reserve for the backfill mass compaction with mine rocks is 41.9%. An analytical assessment of the volumes of the formed cavities of the mined-out area in the longwall face and gobed mine workings, as well as the prospects and completeness of their filling with mine rocks have been performed. Originality. It has been determined that the loosening coefficient of mine rocks destroyed in the stope face by KA-200 shearer changes according to the logarithmic dependence on their granulometric composition. This makes it possible to control the granulometric characteristics of the backfill material to achieve the maximum density of the backfill mass. Practical implications. Further research can serve as a basis for determining the rational parameters for the formation and placement of backfill masses during complex-mechanized selective mining of coal seams using various methods of backfilling operations.

Мета. Визначення гранулометричних характеристик та коефіцієнта розпушення шахтних порід, утворених у процесі очисних робіт від присікання порід підошви, як потенційного закладного матеріалу на основі комплексу шахтних і лабораторних досліджень. Методика. Для проведення досліджень використана комплексна методика, яка складалася з фотозйомки маси зруйнованих порід присікання порід підошви у шахтних умовах, цифрової обробки та визначення гранулометричного складу в програмному пакеті, відбору проб шахтних порід на поверхневому комплексі, відтворення гранулометричного складу аналогічно натурним шахтним умовам у лабораторії. Для визначення гранулометричного складу та коефіцієнта розпушення використовувалися ситовий аналіз, лабораторні ваги, лабораторна ємність. Результати. Виявлено взаємозв’язок гранулометричного складу та коефіцієнта розпушення порід, який у межах фракцій 0-50 мм зростає на 33%, а фракцій 50-140 мм – на 8%. Встановлено, що зруйновані породи в очисних вибоях у межах фракцій 0-140 мм мають насипну щільність 1.28 г/см3, коефіцієнт розпушення 1.7, а їх пустотність і максимальний резерв ущільнення – 41.9%. Надана аналітична оцінка обсягів утворених пустот виробленого простору лави та виробок, що погашаються, а також перспектив і повноти їх заповнення шахтними породами. Наукова новизна. Встановлено, що коефіцієнт розпушення шахтних порід, зруйнованих в очисному вибої очисним комбайном КА-200, змінюється за логарифмічною залежністю від їхнього гранулометричного складу, що дає можливість управляти гранулометричними характеристиками закладного матеріалу для досягнення максимальної щільності закладного масиву. Практична значимість. Дослідження надалі слугуватимуть базою для встановлення раціональних параметрів формування та розміщення закладних масивів при комплексно-механізованому селективному вийманні вугільних пластів різними засобами здійснення закладних робіт.

Цель. Определение гранулометрических характеристик и коэффициента разрыхления шахтных пород, образованных в процессе очистных работ от присечки пород почвы, как потенциального закладочного материала на основе комплекса шахтных и лабораторных исследований. Методика. Для проведения исследований использована комплексная методика, которая состояла из фотосъемки массы разрушенных пород присечки пород почвы в шахтных условиях, цифровой обработки и определения гранулометрического состава в программном пакете, отбора проб шахтных пород на поверхностном комплексе, воссоздания гранулометрического состава аналогично натурным шахтным условиям в лаборатории. Для определения гранулометрического состава и коэффициента разрыхления использовались ситовый анализ, лабораторные весы, лабораторная емкость. Результаты. Выявлена взаимосвязь гранулометрического состава и коэффициента разрыхления пород, который в пределах фракций 0-50 мм возрастает на 33%, а фракций 50-140 мм – на 8%. Установлено, что разрушенные породы в очистных забоях в пределах фракций 0-140 мм обладают насыпной плотностью 1.28 г/см3, коэффициентом разрыхления 1.7, а их пустотность и максимальный резерв уплотнения – 41.9%. Дана аналитическая оценка объемов образованных пустот выработанного пространства лавы и погашаемых выработок, а также перспектив и полноты их заполнения шахтными породами. Научная новизна. Установлено, что коэффициент разрыхления шахтных пород, разрушенных в очистном забое очистным комбайном КА-200, изменяется по логарифмической зависимости от их гранулометрического состава, что дает возможность управлять гранулометрическими характеристиками закладочного материала для достижения максимальной плотности закладочного массива. Практическая значимость. Исследования в дальнейшем послужат базой для установления рациональных параметров формирования и размещения закладочных массивов при комплексно-механизированной селективной выемке угольных пластов различными средствами производства закладочных работ.