Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, Санкт-Петербург, Россия

Иовлев Г. А., канд. техн. наук, доцент, Iovlev_GA@pers.spmi.ru
Зилеев А. Г., канд. техн. наук, доцент
Иванов Д. А., студент
Михайлова С. Д., студент

Изучены бутобетонные смеси, которые рассматриваются в качестве материала, используемого для заполнения отработанных камер. Проведен анализ типов закладочных материалов. Описан способ подбора гранулометрического состава бутобетона по кривым Талбота, предложен оптимальный зерновой состав, соответствующий максимальной прочности бутобетонной смеси при одноосном сжатии. Для подобранной рецептуры выполнены лабораторные испытания на одноосное растяжение и сжатие, а также на трехосное сжатие. Определены прочностные параметры бутобетонной смеси и входные параметры для модели Concrete Damage Plasticity (CDP). Выполнено многовариантное численное моделирование испытания образца на одноосное сжатие в ПО Simulia Abaqus. Результаты численного моделирования показали существенную чувствительность получаемых решений к степени дискретизации, т. е. ограниченную область применения модели CDP.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Российского научного фонда (проект № 23-17-00144).

1. Зилеев А. Г., Васильев Д. А., Тулин П. К., Нгуен Т. Т., Комолов В. В. Применение бутобетонной смеси при разработке рудных месторождений с искусственным поддержанием выработанного пространства // ГИАБ. 2022. № 6-1. С. 21–34.
2. Дешковский В. Н., Новокшонов В. Н., Палто П. П. Разработка методики расчета высоты распространения зоны водопроводящих трещин для столбовых систем разработки с частичной закладкой выработанного пространства в виде бутовых полос // Горная механика. 2007. № 2. С. 77–84.
3. Марысюк В. П., Шиленко С. Ю., Андреев А. А., Вильнер М. А. Обоснование размеров недозакладываемых пустот при камерной системе разработки // Горный журнал. 2022. № 10. С. 22–27.
4. Ковальский Е. Р., Громцев К. В., Петров Д. Н. Моделирование процесса деформирования междукамерных целиков в условиях закладки очистных камер // ГИАБ. 2020. № 9. С. 87–101.
5. Куликова А. А., Ковалева А. М. Применение хвостов обогащения в качестве закладки выработанного пространства рудников // ГИАБ. 2021. № 2-1. С. 144–154.
6. Аймбетов М. М., Ананин А. И., Чирков В. Н., Отарбаев О. М. Проектные и производственные решения при разработке месторождения Первомайское с закладкой выработанного пространства // Горный журнал. 2018. № 5. С. 27–33.
7. Danilov A., Korelskiy D., Matveeva V., Horttanainen M. Backfill of a Mined-Out Gold Ore Deposit with the Cemented Rubber-Cord and Waste Rock Paste: Environmental Changes in Aqueous Media // Journal of Ecological Engineering. 2022. Vol. 22. No. 7. P. 190–203.
8. Qi C., Fourie A. Cemen ted paste backfill for mineral tailings management: Review and future perspectives // Minerals Engineering. 2019. Vol. 144. ID 106025.

9. Saw H., Villaescusa E. Geotechnical Properties of Mine Fill // Advances in Geotechnical Infrastructure : 18th Southeast Asian Geotechnical Conference Cum Inaugural Agssea Conference. – Singapore, 2013. DOI: 10.3850/97 8-981-07-4948-4
10. Carneiro J. J. V., Marques E. A. G., Viana da Fonseca A. J. P., Ferraz R. L., Oliveira A. H. C. Characterization of an Iron Ore Tailing Sample and the Evaluation of Its Representativeness // Geo technical and Geological Engineering. 2023. Vol. 41. Iss. 5. P. 2833–2852.
11. Deb D., Sreenivas T., Dey G. K., Panchal S. Paste Backfill Technology: Essential Characteristics and Assessment of i ts Application for Mill Rejects of Uranium Ores // Transactions of the Indian Institute of Metals. 2017. Vol. 70. Iss. 2. P. 487–495.
12. Васильева М. А., Волчихина А. А., Морозов М. Д. Оборудование и технологии для проведения работ по дозакладке выработанного пространства // ГИАБ. 2021. № 6. С. 133–144.
13. Васильева М. А., Волчихина А. А., Кускильдин Р. Б. Совершенствование механизма водоотделения при закладочных работах // ГИАБ. 2023. № 4. С. 125–139.
14. Fall M., Adrien D., Célestin J. C., Pokharel M., Touré M. Saturated hydraulic conductivity of cemented pa ste backfill // Minerals Engineering. 2009. Vol. 22. Iss. 15. P. 1307–1317.
15. Заболотний С. А., Вел ичко Ю. В., Ширяев А. А., Грицай Ю. Л., Ботвинников В. В. и др. Технология и оборудование для сухого обога щения гематит-мартитовых руд шахтной добычи с предварительным избирательным дроблением // Горный журнал. 2008. № 6. С. 90–94.
16. Газиев У. А., Рахимов Ш. Т. Разработка оптимальных составов закладочных смесей с применением отходов горно-металлургической промышленности // Современные технологии в строительстве, теплоснабжении и энергообеспечении : Матер. междунар. науч.-практ. конф. – Саратов : Амирит, 2015. С. 78–80.
17. Ковальский Е. Р., Громцев К. В. Разработка технологии закладки выработанного пространства при выемке // Записки Горного института. 2022. Т. 254. С. 202–209.
18. Рыбак Я., Хайрутдинов М. М., Кузиев Д. А., Конгар-Сюрюн Ч. Б., Бабырь Н. В. Прогнозирование геомеханического состояния массива при отработке соляных месторождений с закладкой // Записки Горного института. 2022. Т. 253. С. 61–70.
19. Benzaazoua M., Belem T., Bussière B. Chemical factors that influence the performance of mine sulphidic paste backfill // Cement and Concrete Research. 2002. Vol. 32. Iss. 7. P. 1133–1144.
20. Yu T. R., Counter D. B. Backfill practice and technology at Kidd Creek Mines // The Canadian Mining and Metallurgical Bulletin. 1983. Vol. 76. No. 856. P. 56–65.
21. Sainsbury D. P., Sainsbury B. L. Design and implementation of cemented rockfill at the Ballarat Gold Project // Mine Fill 2014: Proceedings of the Eleventh International Symposium on Mining with Backfill. – Perth : Australian Centre for Geomechanics, 2014. P. 205–217.
22. Sainsbury B.-A., Gharehdash S., Sainsbury D. Large-scale characterisation of cemented rock fill performance for exposure stability analysis // Construction and Building Materials. 2021. Vol. 308. ID 124995.
23. Chou C. L., Chouteau M., Benzaazoua M. Laboratory Characterization of Mining Cemented Rockfill by NDT Methods: Experimental Set-up and Testing // Nondestructive Testi ng of Materials and Structures : Proce edings of NDTMS-2011. RILEM Bookseries. – New York : Springer, 2013. Vol. 6. P. 935–941.
24. Mardani-Aghabaglou A., Son A. E., Felekoglu B., Ramyar K. Effect of cement fineness on properties of cementitious materials containing high range water reducing admixture // Journal of Green Building. 2017. Vol. 12. Iss. 1. P. 142–167.
25. Dorricott M. G., Grice A. G. Backfill – the environmentally friendly tailings disposal system // Green Processing 2002 – Proceedings: International Conference on the Sustainable Proceesing of Minerals. – Cairns, 2002. ID P200204039.
26. Соколов И. В., Антипин Ю. Г., Рожков А. А., Соломеин Ю. М. Экогеотехнологи я добычи бедных руд с созданием условий для попутной утилизации отходов горного производства // Записки Горного института. 2023. Т. 260. С. 289–296.
27. Wu J., Feng M., Mao X., Xu J., Zhang W. et al. Particle size distribution of aggregate effects on mechanical and structural properties of cemented rockfill: Experiments and modeling // Construction and Building Materials. 2018. Vol. 193. P. 295–311.
28. Hane I., Belem T., Benzaazoua M., Maqsoud A. Laboratory Characterization of Cemented Tailings Paste Containing Crushed Waste Rocks for Improved Compressive Strength Development // Geotechnical and Geological Engineering. 2017. Vol. 35. Iss. 2. P. 645–662.
29. Wang C., Villaescusa E. Backfill Research at the Western Australian School of Mines // MassMin 2000 : Conference Proceedings. – Brisbane, 2000. ID P200007075.
30. Arioglu E. Design aspects of cemented aggregate fill mixes for tungsten stoping operations // Mining Science and Technology. 1984. Vol. 1. Iss. 3. P. 209–214.
31. Ercikdi B., Baki H., İzki M. Effect of desliming of sulphide-rich mill tailings on he long-term strength of cemented paste backfill // Journal of Environmental Management. 2013. Vol. 115. P. 5–13.
32. Fall M., Benzaazoua M., Ouellet S. Experimental characterization of the influence of tailings fineness and density on the quality of cemented paste backfill // Minerals Engineering. 2005. Vol. 18. Is s. 1. P . 41–44.
33. Kesimal A., Ercikdi B., Yilmaz E. The effect of desliming by sedimentation on paste backfill performance // Minerals Engineering. 2003. Vol. 16. Iss. 10. P. 1009–1011.
34. Sari D., Pasamehmetoglu A. G. The effects of gradation and admixture on the pumice lightweight aggregate concrete // Cement and Concrete Research. 2005. Vol. 35. Iss. 5. P. 936–942.
35. Карпов Г. Н., Ковальский Е. Р., Носов А. А. Способ формирования демонтажной камеры при разработ ке пологих угольных пластов // ГИАБ. 2022. № 6-1. С. 54–67.
36. Wu J., Feng M., Chen Z., Mao X., Han G. et al. Particle Size Distribution Effects on the Strength Char acteristic of Cemented Paste Backfill // Minerals. 2018. Vol. 8. Iss. 8. ID 322.
37. Lubliner J., Oliver J., Oller S., Oñate E. A plastic-damage model for concrete // International Journal of S olids and Structures. 1989. Vol. 25. Iss. 3. P. 299–326.
38. Lee J., Fenves G. L. Plastic-Damage Model for Cyclic Loading of Concrete Structures // Journal of Engineering Mechanics. 1998. Vol. 124. Iss. 8. P. 892–900.
39. Jiang H., Fall M., Li Y., Han J. An experimental study on compressive behaviour of cemented rockfill // Construction and Building Materials. 2019. Vol. 213. P. 10–19.
40. Saw H., Prentice S., Villaescusa E. Characterisation of cemented rock fill materials for the Cosmos nickel mine, Western Australia // International RILEM Conference on Advances in Construction Materials Thr ough Science and Engineering. – Hong Kong, 2011. P. 907–914.
41. ASTM C192/C192M-1 3а. Standard Practice for Making and Curing Concrete Test Specimens in the Laboratory. – West Conshohocken : ASTM International, 2013. – 8 p.
42. Wu J.-Y., Feng M.-M., Yu B.-Y., Chen Z.-Q., Mao X.-B. et al. Experimental study of strength and deformation characteristics of cemented waste rock backfills with continuous gradation // Rock and Soil Mechanics. 2017. Vol. 38. No. 1. P. 101–108.
43. Feng M., Wu J., Ma D., Ni X., Yu B. et al. Experimental investigation on the seepage property of saturated broken red sandstone of continuous gradation // Bulletin of Engineering Geology an d the Environment. 2018. Vol. 77. Iss. 3. P. 1167–1178.
44. Трофимов А. В., Румянцев А. Е., Господариков А. П., Киркин А. П. Не разрушающий ультразвуковой метод контроля прочности закладочного бетона на глубоких рудниках Талнаха // Цветные металлы. 2020. № 12. С. 28–33.

45. Букаса П. М., Машингаидзе М. М., Симасику С. Л. Влияние углекислого газа на основные геотехнические критерии качества и стоимость приготовления закладки из цементной пасты // Записки Горн ого института. 2024. Т. 265. С. 45–54.
46. Hillerborg A., Modéer M., Petersson P.-E. Analysis of crack formation and crack growth in concrete by means of fracture mechanics and finite elements // Cement and Concrete Research. 1976. Vol. 6. Iss. 6. P. 773–781.
47. Schütz R., Potts D. M., Zdravkovic L. Advanced constitutive modelling of shotcrete: Model formulation and calibration // Computers and Geotechnics. 2011. Vol. 38. Iss. 6. P. 834–845.
48. Szczecina M., Winnicki A. Calibration of the CDP model parameters in Abaqus // Adv ances in Structural Engineering and Mechanics : The 2015 World Congress. – Incheon, 2015.
49. Jankowiak T., Lodygowski T. Quasi-Static Failure Criteria for Concrete // Archives of Civil Engineering. 2010. No. 2. P. 123–154.
50. Abaqus/CAE / Dassault Systèmes. URL: https://www.3ds.com/products/simulia/abaqus/cae (дата обращения: 29.04.2025).
51. Elkady A. ABAQUS-Tools. 2025. URL: https://github.com/amaelkady/ABAQUSTools (дата обращения: 29.04.2025).
52. Vermeer P. A., De Borst R. Non-associated plasticity for soils, concrete and rock // Heron. 1984. Vol. 29. No. 3. – 64 p.
53. De Borst R., Crisfield M. A., Remmers J. J. C., Verhoosel C. V. Non-linear Finite Element Analysis of Solids and Structures. Wiley Series in Computational Mechanics. 2nd ed. – Chichester : John Wiley & Sons Ltd, 2012. – 516 p.
54. Hutchinson J. W., Evans A. G. Mechanics of materials: top-down approaches to fracture // Acta Materialia. 2000. Vol. 48. Iss. 1. P. 125–135.
55. Bazant Z. P., Oh B. H. Crack band theory for fracture of concrete // Materials and Structures. 19 83. Vol. 16. Iss. 3. P. 155–177.
56. Belyakov N., Smirnova O., Alekseev A., Tan H. Numerical Simulation of the Mechanical Behavior of Fiber-Reinforced Cement Composites Subjected Dynamic Loading // Applied Scienc es. 2021. Vol. 11. Iss. 3. ID 1112.
57. Alfarah B., López-Almansa F., Oller S. New methodology for calculating damage variables evolution in Plastic Damage Model for RC structures // Engineering Structures. 2017. Vol. 132. No. 8. P. 70–86.