книги из ГПНТБ / Смолдырев А.Е. Технология и механизация закладочных работ

осуществляется обрушениема)участка; крепления штрека на настил из

досок и затяжек (рис. 49, 2) с оставлением откаточного штрека в закладке, когда перепуск

закладочного материала осуществляется по бмере). подвигания забоя через секцию передвижной крепи (рис. 49,

Рис. 48. Закладка выработанного пространства обру­ шением пород висячего бока:

1 — заряды BB; 2 — контур обрушения породы; з — камера; 4 — подэтажи

Рис. 49. Схема очистных работ с самотечной закладкой перепускаемой породы (с регулированием процесса):

а — с погашением штрека; б — с оставлением штрека

Первый вариант применяют в том случае, когда выемочный уча­ сток покидают навсегда, а крепь верхнего штрека нарушена и не может быть использована. Выработанное пространство по мере подвигания забоя равномерно заполняется перепуском закладоч­ ного материала. Недостаток такого способа — образование сводов в закладочном массиве после разрушения крепи.

120

Второй вариант применяют в случае затруднения транспортиро­ вания закладочного материала на участок (например, при отработке флангов шахтного поля). Выпуск закладочного материала обеспе­ чивается при разрушении взрывными работами участка деревянной затяжки передвижной секции металлического крепления в откаточ­ ном штреке верхнего горизонта. По окончании перепуска нарушен­ ная затяжка восстанавливается. Такой способ эффективен, если для закладки используют мелкозернистые сыпучие материалы (песок, шлак).

При выпуске закладочного материала в обоих случаях важно, чтобы порода поступала в забой равномерно, так как при поступле­

нии ее большими порциями можно перекрыть отрабатываемый

участокСамотечнаязакладкасцементирующимидобавками. .При исполь­

зовании гранулированного шлака и хвостов отдельных руд для закладки отмечается способность этих материалов схватываться под действием шахтных кислых вод, в результате чего образуется сцементированный закладочный массив, обладающий определенным сопротивлением сжатию. Этот способ начали применять в горноруд­ ной промышленности.

Институтом УНИпромедь проведены опытные работы на рудниках по применению самотечной закладки шлаком с добавлением шахт­ ных кислых вод. Заполнение отработанных камер велось при перио­ дической или равномерной подаче кислой воды по мере возведения закладочного массива. Опыты показали, что закладочный материал хорошо схватывается, причем температура закладочного массива повышается незначительно. Однако наблюдениями с помощью кон­ трольных скважин была установлена неравномерная цементация закладочного массива. Поэтому в отработанной камере не образуется монолитного и прочно сцементированного массива из закладочного материала.

Ниже, на опыте других предприятий, показано, что для устра­ нения этого недостатка закладочный материал следует подавать в выработанное пространство после введения в него цементирующей добавки, т. е. укладывать в массив приготовленную шихту.

В Кузбассе (по предложению б. ВУГИ) с бутобетонной самотеч­ ной закладкой наклонными слоями отрабатывалось выемочное поле по простиранию 145 м, по восстанию 45 м, средняя мощность пласта 8,5 м, угол падения 38—53°. Закладочный материал крупно­ стью до 50 мм в пределах выработанного пространства доставлялся по облегченным породоспускным трубам диаметром 250 мм. В каче­ стве вяжущего материала использовался цемент марки 100. Цемент с поверхности доставлялся в вагонетках до бункера емкостью 12 м3. Из бункера вяжущее подавалось в растворомешалку: одновременно в растворомешалку насосом по водопроводу вводилась вода в таком количестве, чтобы водоцементное отношение было равно 0,4. Гото­ вый раствор насосом подавался по трубопроводу до приемной воронки породоспускных труб.

121

Закладочный материал в пределах выемочного участка доста­

влялся конвейером.

Цементация закладочного материала первоначально велась поливом закладочного массива по мере подачи материала. Опытные работы показали, что при таком способе цементации не получается равномерного распределения вяжущего в закладочном массиве. При этом отношение объема раствора к объему закладочного мате­ риала изменялось от 1 : 11 до 1 : 28. Затем применяли цементацию с предварительным смешением раствора вяжущего с закладочным материалом в нородоспускных трубах. При производительности насосной установки для подачи цемента 4—5 м3/ч укладывалось 12—15 м3 закладочного массива.

Прочность цементированного закладочного массива в кровле слоя определялась методом взрывных штырей. По взрывному уси­ лию определяется временное сопротивление цементированного закла­ дочного массива на сжатие. Установлено, что прочность закладочного массива в различных местах составляла от 5 до 30 кгс/см2, что сви­ детельствует о неравномерном распределении вяжущего материала в массиве. Отсюда следует, что необходимо проводить шихтование закладочного материала с раствором вяжущего перед возведением закладочного массива.

На Садовском руднике возводили упрочненный закладочный массив из породы подготовительных забоев с послойной заливкой ее тощим цементным раствором в соотношении цемента, песка и

скреперной) закладки с бетонной. Для этого крупнокусковую породу направляют по возможности в среднюю часть камеры. Происходит сортировка породы: крупные куски скатываются к краям камеры, а мелкие остаются в середине. Наибольшие пустоты образуются по контуру камеры, куда и направляют по трубам поток песчано­ цементной закладки. После схватывания образуется прочный массив.

Для создания искусственной кровли при нисходящем порядке выемки наклонных слоев производят цементацию как межслоевой толщи, так и всего закладочного массива слоя. Ввод вяжущего производится, как отмечалось ранее, путем полива закладочного материала раствором вяжущего в процессе возведения закладочного массива в выработанном пространстве или подачей раствора в породоспускную трубу. В последнем случае раствор перемешивается с зак­ ладочным материалом во время его движения по трубопроводу. Для образования бутобетона требуется расход цемента марки 200 около 70 кг/м3 закладочного массива. Прочность массива на сжатие до 30 кгс/см2.

При цементации закладочного массива достигается изоляция участков и отдельных блоков, опасных по самовозгоранию, что дает

возможность значительно уменьшить потери полезного ископаемого в недрах.

1 2 2

На отдельных рудниках (например, «Норанда») успешно приме­ няли схватывающиеся закладочные материалы в виде смеси шлака и цементирующей добавки — пирротиновых хвостов. Хвосты в виде гидросмеси при 60% содержания твердого подавались по скважинам к смесительным пунктам, а шлак — самотеком по восстающим.

Всмесительных пунктах шлак подавался ленточным питателем

вворонку, куда направлялась также пирротиновая гидросмесь. Шихта содержала 3% пирротиновых хвостов, 72% гранулирован­

ного шлака и 25% шлака из отвалов. Закладочный массив получается наиболее монолитным, если в шлаке содержится возможно больше частиц крупностью более 6 мм в поперечнике (до 60%).

Минералогический состав пирротиновых хвостов: 6% пирита, 56% пирротина, 10% магнетита и 28% нерастворимого осадка.

Из смесительных пунктов шихтованный закладочный материал подавали непосредственно в камеры по восстающим, а также доста­ вляли к выработанному пространству в вагонетках или конвейером в зависимости от местоположения смесительного пункта. Опыт показал, что при этом не наблюдается сегрегации материала. Однако не допускается скапливания шихтованного материала в восстающих, так как может произойти его схватывание.

Для закладки одной камеры требуется от 75 до 150 тыс. т закла­ дочного материала. При возведении закладочного массива шихтован­ ным материалом в результате окисления пирротина выделяется тепло. Подсчитано, что количество тепла, освобождающееся при окислении всего количества закладочного материала, потребляемого рудником в течение месяца, эквивалентно теплу, выделяемому при сгорании 125 т условного топлива.

Нормальная температура рудничной атмосферы поддерживается без затруднений при хорошо налаженной вентиляции. В этом отноше­ нии показательно то, что с такой закладкой выполняют отработку целиков наклонными слоями.

Наблюдениями также установлено, что при заполнении камер большими объемами закладочного материала интенсивный окисли­

При исследовании шлифов сцементированной закладки обнару­ жено присутствие на поверхности частиц окиси железа. Предпола­ гается, что схватывание происходит в результате образования при окислении пирротина слабого раствора кислоты, вступающей в реакцию со шлаком.

Многолетний опыт применения закладки с цементирующей добав­ кой показал, что она является наиболее дешевой. Некоторые затруд­ нения возникают при откачке кислотных вод из шахты. Однако их можно устранить, применяя футерованные насосы и трубы.

Самотечную закладку с подбучиванием потолочины применяют в сочетании с подбутовкой породой передвижными гидравлическими или пневматическими закладочными установками. Так, на Дегтярском

123

руднике успешно применяли для подбутовки (рис. 50) гидравлические

закладочные установки.

В камерах возводили закладочный массив из породы от проведе­ ния выработок. Порода в камере располагается под углом естествен­ ного откоса. Под висячим боком остаются большие пустоты. Для заполнения их проходят дополнительную закладочную дучку.

Пустоты закладывают гранулированным шлаком с применением

гидротОборудованиедлядоставкизакладочнгоматериалаансп рта. . Пак уже

отмечалось, доставка закладочного материала в выработанное прост­ ранство при самотечном методе ведения закладочных работ осуще­ ствляется по восстающим выработкам, а также в вагонетках и ленточ­

угольных пластов успешно применяют самотечную закладку по специ­ альным трубам диаметром 200—300 мм. Трубы имеют очень твердую хорошо обработанную внутреннюю и мягкую наружную поверхности. Благодаря этому они весьма износостойки, в то же время они снаружи хорошо предохранены от разрушения при ударах и толчках.

Вочистном пространстве трубы укладывают на почву или крепят

кстойкам. Закладочный материал подают в трубопровод через во­ ронку. Особенность самотечной закладки по трубопроводу состоит

втом, что ее можно применять на выположенных участках, где самотек невозможен. Для этого в трубопровод монтируют пневмати­

ческую муфту с кольцевым соплом для сжатого воздуха (рис. 52, 53). Такая муфта может быть подключена и вблизи разгрузочного конца трубопровода для придания кускам материала большой скорости на выходе.

В Рурском бассейне на наклонных пластах успешно применяли подобные устройства с трубами типа «Реус» диаметром 300 мм. Трубы укладываются в закладываемой полосе и с помощью специаль­ ных зажимных хомутиков и болтов крепятся к стойкам. В пластах большой мощности концевую трубу, из которой производится выпуск

124

закладочного материала, поднимают так, чтобы закладочный мас­ сив мог доходить вплоть до кровли пласта. Трубы обычпо снабжены скобами, к которым прикрепляются пеньковые веревки, что суще­ ственно облегчает переноску их. Укорочение трубопровода может осуществляться без перерыва закладочных работ.

На основании опыта применения самотечной закладки по трубам в лавах установлено, что производительность на наклонных пластах достигает 120, а на пластах крутого падения 200 м3/ч.

126

Стоимость закладочных работ зависит от производительности закладочного комплекса, а также от вида закладочного материала. При применении, например, для закладки кусковатых коренных пород возрастают расходы на ремонт восстающих выработок и т. п. Себестоимость же 1 м3 наносов, поданных бульдозером и уложенных в массив, составляет 35—45 коп.

За рубежом расходы на ведение закладочных работ этим методом составляют обычно около 8% от стоимости полезного ископаемого. Производительность труда рабочего, обслуживающего закладочный комплекс, составляет обычно 15—25 м3/смену. Лучшие показатели по трудоемкости — около 25—30 чел-смен на 1000 т добычи.

Для наиболее эффективного применения самотечной закладки должны соблюдаться следующие условия: 1) угол залегания пласта не менее 45—50°, а при использовании труб — 30°; 2) крупность породы не более 200—250 мм; 3) вертикальная высота этажа не бо­ лее 100 м; 4) наиболее целесообразно диагональное расположение забоя.

Усадка закладочного массива при самотечной закладке зависит от используемых закладочных материалов: при мелкозернистых материалах усадка составляет 20—25%, а при крупнокусковом достигает 40—50%.

2. Механическая закладка

При механическом способе ведения закладочных работ закладоч­ ный материал забрасывается в выработанное пространство с помощью метательной машины или размещается в выработанном пространстве скрепером.

Механическая закладка может применяться при разработке угольных и рудных месторождений различными системами разра­ ботки. Подача закладочного материала к лаве или выемочному блоку осуществляется в вагонетках, ленточными конвейрами или самотеком по восстающим выработкам.

К достоинствам механической закладки относятся: небольшая

в лавах и блоках периодически перемещаются с одной позиции на другую в горизонтальных выработках, а также по наклонным и вертикальным выработкам (из одного слоя в другой и т. д.).

Наиболее существенными недостатками механической закладки, выполняемой с помощью метательных машин, являются: сложность транспортирования материала в пределах лавы (выемочного блока), а в отдельных случаях — и в пределах выемочного поля; громозд­ кость применяемого оборудования; зависимость закладочных работ от внутришахтного транспорта и недостаточное заполнение породой выработанного пространства. Вследствие этих недостатков механи­ ческая закладка метательными машинами в настоящее время не на­ ходит широкого применения в горнодобывающей (в том числе горно­ рудной) промышленности.

127

При механической закладке скреперными установками указанные недостатки менее ощутимы. Этот способ ведения закладочных работ применяют, главным образом, при выемке пологих пластов малой мощности, а также при разработке рудных месторождений большой и средней мощности горизонтальными, а иногда наклонными слоями

без крепления.

К отмеченным достоинствам механической закладки для варианта закладочных работ, проводимых скреперными установками, можно добавить следующее: простота оборудования, допустимость исполь­ зования крупнокускового закладочного материала, возможность использования скреперной установки для доставки руды, простая организация закладочных работ при переменных расстояниях до­ ставки закладочного материала.

Основные недостатки скреперной закладки: малая производи­ тельность, недостаточная плотность закладочного массива и необ­ ходимость ручной закладки последнего (верхнего) слоя, а также частично выработанного пространства в каждом слое по контакту с боковыми породами.

Возможность применения механической закладки для подбучивания верхней части камер определяется тем, что она может быть осуществлена с помощью того же оборудования, которое применяют при самотечной закладке (ленточные конвейеры) с добавлением метательной машины (а в отдельных случаях — скрепера).

В качестве закладочных материалов при механической закладке используют коренные горные породы, морены, пески, шлаки, хвосты и др. Наиболее подходящими материалами для механической закладки с помощью метательных машин являются дробленые корен­ ные горные породы крупностью до 80—100 мм без острогранных кусков.

При скреперной закладке используют разнообразные насыпные материалы, в том числе крупнокусковые скальные породы размером до 250—300 мм в поперечнике. Наиболее подходящими для закладки

являются пески, шлаки, хвосты и другие мелкозернистые породы.

КрупнВозведениезакладочнгомасивасть кусковых материалов не должна. превышать 300—350 мм. При механической закладке

материал, подаваемый в лаву или выемочный блок, распределяется в выработанном пространстве метательной машиной или скрепером.

На угольных шахтах метательные закладочные машины приме­ нялись в исключительных случаях. Например, в Кузбассе в 50-х годах эти машины в сочетании с ленточным конвейером эффективно использовались при разработке мощных крутых пластов горизонталь­ ными слоями в нисходящем порядке.

Применение механической закладки в шахтах показало, что глав­ ным недостатком работы с метательными машинами является сложная организация работ в забое. В настоящее время метательные машины используют в шахтах и рудниках лишь в отдельных случаях — обычно в сочетании с самотечной закладкой. Не получила развития механическая закладка и за рубежом.

128

На угольных шахтах скреперная закладка применяется для размещения пустых пород в выработанном пространстве, при под­ рывке кровли штреков и выкладке бутовых полос, проведении выра­ боток широким забоем и штреков при сплошной системе разработки.

На рис. 54 приведена схема возведепия бутовой полосы под вен­ тиляционным штреком по пласту мощностью 0,75—0,80 м с подрыв­ кой кровли. Угол падения пласта 10—15°. Сечение штрека в про­ ходке 7,5x2 м. Подвигание породного забоя при проведении штрека за 1 цикл 1,5 м.

Порода от подрывки кровли выкладывается с нижней стороны штрека. С верхней стороны штрек ограждают деревянными кострами, выкладываемыми в два ряда; пространство между кострами запол­ няют породой. Скреперная лебедка устанавливается на штреке у места подрывки кровли. При работе в забое бригады из трех чело­ век продолжительность скреперной закладки (12—13 м3 породы с 1 м штрека) не превышает 100 мин. При наличии широкой и плотной породной полосы повышается устойчивость крепи штрека и улуч­ шается проветривание лавы.

При подрывке почвы штрека породу в выработанное простран­ ство забоя подают скрепером с передачей ее на берму или полок, устанавливаемый на уровне почвы пласта против закладываемой полосы. В этом случае для передачи породы обычно применяются перегружатели; чтобы разместить их впереди скреперной дороги, приходится проводить штрек с некоторым (на 8—10 м) опережением: очистного забоя (рис. 55).