Methods for studying the parameters of the formation of a backfilling mass of open pit cavities from metallurgical slags
DOI:
https://doi.org/10.33271/crpnmu/64.081Keywords:
steelmaking slag, blast furnace slag, filling material, recultivation, particle size distribution, physical modelingAbstract
Purpose. Development of a methodological algorithm for performing analytical and experimental studies to substantiate rational parameters for the formation of a filling mass from metallurgical slags in worked-out opencast cavities. Methodology. The use of the physical modeling method to study the degree of permeability of atmospheric precipitation into the filling massif and determine its key physical properties, considering the criteria for the similarity of nature and the model, was proposed and substantiated. The use of numerical modeling by the finite element method for predicting deformations of the filling mass and achieving its stable state has been substantiated. Results.Theoretical aspects of the order of formation of a stable filling mass for various types of metallurgical slags under the action of a load, the layers of which are characterized by different physical properties, are presented. To form the height of the bottom sealed filling layer from steel-making slag in conditions of the degree of permeability of atmospheric precipitation and the formation of filtrate it is proposed. The characteristics of the physical model of the filling mass and the maximum amount of precipitation, which will affect its surface, have been determined. The key physical properties of the main layers of the backfill massif (voidness, bulk density, compaction coefficient) and methods of their determination for the formation of its stable state are highlighted. The features of the numerical modeling of the deformations of the filling mass based on the Drucker-Prager strength model for bulk materials in the SolidWorks software package have been determined. Original. The scientific and methodological foundations for the formation of a safe and stable filling array of opencast cavities based on metallurgical slags have been created. Practical implication. A methodological algorithm has been developed that makes it possible to determine the parameters of the formation of a filling mass with the subsequent restoration of natural landscapes and to dispose of significant volumes of safe industrial waste in quarry cavities.References
Півняк, Г.Г., Гуменик, І.Л., Дребенштедт, К., & Панасенко, А.І. (2011). Наукові основи раціонального природокористування при відкритій розробці родовищ . Дніпропетровськ, Україна: Національний гірничий університет
Ложніков, О.В., & Романченко, Ю.В.(2014). Розробка технології гірничотехнічної рекультивації обводнених залишкових вироблених просторів кар’єрів. Геотехнічна механіка , (14), 34-42
Літвінов, Ю.І. (2018). Технологічні засади розкриття та розробки горизонтальних кар’єрних полів при обмеженому порушенні природних ресурсів . Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук (доктора філософії) за спеціальністю 05.15.03 «Відкрита розробка родовищ корисних копалин». Дніпро, Україна: НТУ «Дніпровська політехніка», Міністерство освіти і науки
Федонюк, В.В., Волянський, В.О., & Федонюк,М.А. (2016).Порівняльний економічний аналіз проведення рекультивації різних видів на порушених землях. Актуальні проблеми економіки , (9), 203-212
Melnyk, O.H. (2020). Some aspects of soil`s legal protection: conservation and reclamation in Ukraine and the EU. Juridical Scientific and Electronic Journal , (3), 188-190. https://doi.org/10.32782/2524-0374/2020-3/45
Собко,Б.Ю.,Ложніков, О.В., & Романченко, Ю.В. (2015).Обґрунтування параметрів технологічних схем гірничотехнічної рекультивації обводнених залишкових вироблених просторів кар’єрів. Збірник наукових праць НГУ , (48), 88-95
Ляшенко, В.И., Дудченко, А.Х., & Ткаченко, А.А. (2008). Научно-технические основы природоохранных технологий подземной разработки урановых месторождений. Екологія довкілля та безпека життєдіяльності , (4), 34-42
Kuzmenko, O., & Petlovanyi, M. (2015). Substantiation the expediency of fine gridding of cementing material during backfill works. Mining of Mineral Deposits , 9 (2), 183-190. https://doi.org/10.15407/mining09.02.183
Звіт з оцінки впливу на довкілля ДП СхідГЗК. Смолінська шахта. Рекультивація кар’єру піску . (2019). Жовті Води, Україна: УкрНДПРІ, 132 с
Козловский, А.А., & Хоменко, Н.Н. (2010). Использование выработанного пространства карьера в качестве полигона для складирования промышленных отходов. Горный информационно-аналитический бюллетень , (9), 285-288
Ахмедьянов, И.Х., Красавин, В.П., Данилов, О.Н., Григорьев, В.В., & Калмыков, В.Н. (2014). Горнотехническая рекультивация учалинского карьера с использованием обезвоженных хвостов обогащения. Горный журнал , (7), 24-29
Спильник, Н.В., & Щербак, С.А. (2013). Использование гранулированных шлаков от производства силикомарганца при изготовлении строительных материалов. Вісник Кременчуцького національного університету імені Михайла Остроградського , (3), 175-179
Petlovanyi, M, & Filonenko, O. (2019). Problematic aspects and ways to increase the level of metallurgical slags disposal. In International Scientific Conference Scientific Development of New Eastern Europe: Conference Proceedings (pp. 55-60). Riga, Latvia: Baltija Publishing. https://doi.org/10.30525/978-9934-588-13-6-17
Proctor, D.M., Shay, E.C., Fehling, K.A., & Finley, B.L. (2002). Assessment of human health and ecological risks posed by the uses of steel-industry slags in the environment. Human and Ecological Risk Assessment: An International Journal , 8 (4), 681-711. https://doi.org/10.1080/20028091057150
Брызгалов, С.В. (2009). Снижение негативного воздействия доменных шлаков при их утилизации на объекты гидросферы . Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности ВАК РФ 03.00.16 – «Экология». Пермь, Россия: Пермский государственный технический университет
ТУ У 08.1-00191158-002:2020.(2020). Суміші закладні із металургійних шлаків ПРАТ«МК «Азовсталь» та ПРАТ «ММК ім. Ілліча» для технічної рекультивації техногенно порушених земель
Петлёваный, М.В., Кузьменко, А.М., Сай, Е.С., & Филоненко, А.В. (2019). Взаимосвязь технологических параметров формирования закладочного массива с его качественными характеристиками. Физико-технические проблемы горного производства , (21), 91-105
Бахаева, С.П., Тур, К.А., & Илюшкин, В.Д. (2020). Геомеханическое обоснование устойчивости отвала при совместном складировании вскрышных песчано-глинистых пород и отходов обогащения. Вестник Кузбасского государственного технического университета , (4), 49-59
Федорова, Е.А. (2011). Моделирование деформаций отвалов, нагруженных шагающим экскаватором при подрезке откосов. Вестник ЧитГУ , (2), 112-116
Баловнев, В.И. (2014). Подобие и моделирование в системе проектирования дорожно-строительных машин . Москва, Россия: МАДИ, 148 с
Косенко, А.В., & Тарасютін, В.М. (2018). Дослідження технологічного процесу випуску руди на основі фізичного моделювання. Вчені записки Таврійського національного університету імені В.І. Вернадського: Серія «Технічні науки» , 29 (68), 73-79
Український гідрометеорологічний центр . (2020). Режим доступ https://meteo.gov.ua/
Методические указания по проектированию рекультивации нарушенных земель на действующих и проектируемых предприятиях Минуглепрома СССР . (1988). – Пермь, Россия: ВНИИОСуголь, 292 с
Shashenko, O.M., Hapieiev, S.M., Shapoval, V.G., & Khalymendyk, O.V. (2019). Analysis of calculation models while solving geomechanical problems in elastic approach. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu , (1), 28-36 https://doi.org/10.29202/nvngu/2019-1/21
Bondarenko, V., Symanovych, H., Barabash, M., Husiev, O., & Salieiev, I. (2020). Determining patterns of the geomechanical factors influence on the fastening system loading in the preparatory mine workings. Mining of Mineral Deposits , 14 (1), 44-50. https://doi.org/10.33271/mining14.01.044
Petlovanyi, M., Lozynskyi, V., Saik, P., & Sai, K. (2019). Predicting the producing well stability in the place of its curving at the underground coal seams gasification. E3S Web of Conferences , (123), 01019. https://doi.org/10.1051/e3sconf/201912301019
Шустов, О.О., Петльований, М.В., Зубко, С.А., &Шерстюк, Є.А.(2019).Геомеханічні проблеми стійкості природно-техногенних масивів рудних родовищ. Збірник наукових праць Національного гірничого університету , (58), 154-165
Ракишев, Б.Р., Шашенко, А.Н., Молдабаев, С.К., Ковров, А.С., Сеитулы, К. (2013). Численное моделирование геомеханических процессов во внутренних отвалах на наклонном основании. Промышленность Казахстана , 80 (№5), 79-82
Downloads
Published
Issue
Section
License
All articles are published under the Creative Commons Attribution License (CC BY 4.0), which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Authors retain copyright and grant the journal right of first publication.
Authors are permitted and encouraged to deposit the final published version of their article, or the Author's Accepted Manuscript (AAM), in institutional or subject-specific open-access repositories (including the university's own institutional repository, CORE, Zenodo, or Figshare), ensuring maximum visibility, accessibility, and impact of the publication.
