V.6.5. Гидравлическая закладка

Процесс гидравлической закладки включает в себя: подготовку закладочного материала, смешивание его с водой, гидротранспорти­рование пульпы по трубам до выработанного пространства, подго­товку выработанного пространства к закладке и возведение закла­дочного массива, отвод и осветление воды и откачку ее на поверх­ность.

Эффективность гидравлической закладки во многом зависит от гранулометрического состава и консистенции пульпы. Поэтому к пульпе предъявляются жесткие требования.

Отношение твердого составляющего в пульпе к содержащейся в ней воде (T : Ж) при применении песка должно составлять от 1 : 1 до 1 : 1,5. При использовании более крупных материалов отноше­ние T : Ж резко возрастает и доходит до 1 : 6. Отношение это можно принимать по данным табл. V.4.

Если пульпа подготавливается смывом твердого материала гидро­мониторами, ее сгущают с помощью специальных сгустителей.

Рациональная консистенция пульпы может быть определена по формуле польского ученого В. Будрыки

(V.15)

где J0 — отношение общей длины вертикальных участков трубопро­вода к общей длине горизонтальных участков (включая суммарную длину трубопровода); A^ — средний коэффициент сопротивления движению пульпы,

T а б л и ц a, V.4

Закладочный материал	Максимальная крупность кусков материала, мм	Отношение T : Ж
Песок Гранулированные шлаки Дробленые породы	2—3 20—30 40-60	От 1 1 до 1 : 1,5 От 1 1,5 до 1 : 2,1 От 1 2 до 1 : 6

(V.16)

где Yn — средняя плотность пульпы, т/м3;

2 Lrp — суммарная длина горизонтальных участков трубопровода,

м;

ат — угол наклона отдельных участков трубопровода, градус; /п — коэффициент трения закладочной пульпы о стенку трубы (в среднем принимается равным 0,12).

Рис. V.2t>. Принципиальная схема гидрозакладоч­ного комплекса

Важным показателем закладочного массива является коэффи­циент фильтрации, определяемый как количество воды (см3), про­ходящее через единицу площади массива (см2) в единицу времени (с).

Коэффициенты фильтрации для некоторых материалов состав­ляют:

Песок.........................0,0068—

0,04

Аргиллиты....................... 0,14

Порода из отвалов................... 0,19

Округлые куски породы размером 50 мм........ 15,0

Остроугольные куски породы .... г........ 19,0

Для ведения закладочных работ на шахте оборудуется гидро­закладочный комплекс. Принципиальная схема его показана на рис. V.25.

Закладочный материал из бункера 1 подается на смесительный лоток 2 смесительной камеры, на котором он размывается струей воды из гидромонитора 3. Образовавшаяся пульпа стекает в прием­ную воронку и далее — в пульповод 4, по которому движется до выработанного пространства, подлежащего закладке. В выработан­ном пространстве пульпа сбрасывается и твердые частицы, выпадая, образуют закладочный массив 5, а вода по дренажной трубе 6 (или канавке) отводится в подземный водоотстойник 7. Отсюда ,насосами S по трубопроводу 9 осветленная вода перекачивается в смеситель­ную камеру для повторного использования или в водоотстойник 10 на поверхности. Из водоотстойника вода насосами 11 подается в сме­сительную камеру. Убыль воды периодически восполняется из дру­гих источников. Трубопровод, по которому транспортируется пульпа, состоит из вертикальных и горизонтальных частей. Вертикальная часть его обеспечивает давление для перемещения материала по горизонтали с необходимой скоростью. Практически рабочая ско­рость движения пульпы в трубопроводе диаметром 150 мм прини­мается для мелкозернистых материалов 2,5—3,5 м/с, а для куско­вых — 3,5—4 м/с. Движение пульпы под действием естественного давления обеспечивается при отношейии вертикальной части к гори­зонтальной от 1 : 4 до 1 : 14. При отношениях от 1 : 0,6 до 1 : 2 возможны чрезмерно большие скорости движения пульпы.

Расстояние по горизонтали, на которое пульпа может быть подана под действием естественного давления, рассчитывается по формуле

(V.17)

где g — ускорение свободного падения, м/с2;

Н„ — высота естественного напора (высота вертикальной части

трубопровода), м;

/гд — остаточное давление, под действием которого пульпа выли­вается из выходного отверстия трубопровода, м вод. ст.; Drp — диаметр трубопровода, м; Vn т — скорость движения пульпы, м/с;

Kn — коэффициент сопротивления движению пульпы, зависящий от удельного веса пульпы уп~,

(V.18)

S-^экв — суммарная длина условного трубопровода, эквивалентная по потерям всем местным сопротивлениям (коленам, от­ветвлениям и т. д.); при диаметре труб 50 и 200 мм 2 ^экв составляет для задвижек соответственно 0,5 и 3 м,для ко­лен — 0,3 и 2 м.

Для транспортирования пульпы используют армированные изно­соустойчивые трубы диаметром от 50 до 200 мм.

Закладочные работы в очистных забоях состоят из двух основ­ных операций: подготовки выработанного пространства лавы или камеры к закладке и намыва закладочного массива. Подготовка к закладке сводится к возведению перемычек и устройству дренаж­ных каналов.

Перемычки обычно возводят из дерева, ткани, металлической сетки и др. Они могут быть переносными. Необходимые размеры пере­мычек обусловливаются протяженностью перекрываемого вырабо­танного пространства и давлением, которое может быть передано на перемычки. Конструкция отшивки из стоек 1, двойного шпунта 2, рядов проволоки и натянутого на них полотна показана на рис. V. 26.

Рис. V.26. Конструкция отшивки

Выработанное пространство, подлежащее закладке, отшивают со стороны забоя и со стороны разрезных печей обрезными досками и мешковиной. В отшивке устраивают водоспускные окна, а по уклону до отстойника прокладывают водоспускной деревянный желоб 3.

Ширина закладываемого пространства (шаг закладки) опреде­ляется горно-геологическими условиями залегания пласта, поведе­нием кровли и видом закладочного материала и изменяется ет 3 до 8 м.

Возведение закладочного массива может производиться при фронтальном (рис. V.27, а) и торцевом (рис. V.27, в) выпуске гидро­смеси. При фронтальном выпуске гидросмеси трубопровод диамет­ром 185—200 мм подвешивают вдоль лавы к крепежным стойкам у кровли пласта. Через каждые 10 м от трубопровода отходят от­ветвления в закладываемое пространство. При возведении закладоч­ного массива из песка даже при пологом падении можно, не укорачи­вая трубопровода, за одну операцию заложить полосу шириной 8 м и длиной по падению 40—50 м. Уплотнение песчаного закладочного массива происходит быстро за счет гравитационных сил фильтрации. При использовании дробленых пород их куски могут скапливаться вблизи выходного конца трубопровода, вследствие чего размеры закладываемого с одного пункта пространства оказываются неболь­шими. Торцевой выпуск гидросмеси производят при слабой кровле и минимальном шаге закладки.

Рис. V.27. Схема возведения закладочного массива в лаве на пологом пласте

Оценка качества закладочных работ производится с помощью коэффициента заполнения выработанного пространства. Этот коэф­фициент выражает отношение объема поданного закладочного мате­риала в разрыхленном состоянии к объему выработанного простран­ства, подлежащего закладке. Для закладочного массива из песка максимальное значение коэффициента заполнения достигает 0,95, а в среднем он равен 0,85—0,9.

При намыве закладочного массива мелкозернистым материалом вода должна быть сдренирована, в противном случае гидравлическое

давление может разрушить перемычки. Поэтому, в забое должны предусматриваться фильтрующие и дренажные устройства.

Для осветления воды применяют отстойники. Они могут быть поверхностными и подземными, стационарными и временными. Широкое распространение находят водосборные штреки, проводи­мые на 3—4 м ниже откаточных. Сечение водосборного штрека 6—7 м2, скорость движения воды в нем не должна превышать 0,85 м/с. Очистка отстойников производится с помощью грязевых насосов для погрузочных машин.

Основными элементами расходов при гидравлической закладке являются добыча и приготовление закладочных материалов, транс­порт, амортизация закладочного оборудования и расходы на водо­отлив.

Затраты на возведение 1 м3 закладочного массива распределяются примерно следующим образом (в копейках):

Ведение закладочных работ.............. 20—50

Электроэнергия и водоотлив.............. 10—15

Материалы (лес и др.)................. 5—20

Закладочный материал................. 30—60

Производительность гидравлических закладочных комплексов составляет от 40 до 200 м3/ч и более твердого при расходе воды 1,5—2,5 м3 на 1 м3 песка или шихты.

Плотность закладочного массива зависит от вида закладочного материала, его гранулометрического состава, пористости и струк­туры грунтового скелета. Наибольшая усадка характерна для дроб­леных пород, а наименьшая — для песка.

Прочность закладочного массива составляет от 5 до 100 кгс/см2.

Достоинства гидравлической закладки: высокая степень механи­зации, малая трудоемкость закладочных работ, простота оборудо­вания, высокая производительность закладочного комплекса, не­большая величина усадки возводимого массива.

Недостатком гидрозакладки является подача в шахту большого количества воды, которая увлажняет воздух и загрязняет мелкими фракциями закладочного материала горные выработки. Для освет­ления воды требуются дополнительные выработки, а для откачки — насосные установки.

Невозможность совмещения работ по возведению закладочного массива с выемкой угля в очистном забое снижает нагрузку на очист­ной забой.