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

Технология возведения закладочного массива в рудных блоках скреперами также отличается простотой. Скреперная лебедка уста­ навливается обычно по середине блока или у границ лежачего или висячего бока выемочной камеры. Доставка и распределение закладочного материала в выработанном пространстве осущест­

вляются скрепером.

Наиболее производительна и организационно проста работа скрепера при расположении закладочного восстающего по середине

Ь~

Рис. 55. Схема работ со скреперной закладкой при проведе­ нии штреков с опережением:

камеры. Однако с увеличением мощности рудного тела организация работ усложняется вследствие более частых перестановок скреперной установки.

Наиболее рациональная организация работ по возведению зак­ ладочного массива достигается при работе трехбарабанных скрепер­ ных установок по двум схемам: при одном головном и двух хвостовых канатах и при двух головных и одном хвостовом канатах. При работе по второй схеме скрепером обслуживается вся площадь камеры, вследствие чего она более предпочтительна.

по сравнению с двухбарабанными. Поэтому их применяют главным образом при разработке мощных рудных залежей.

130

Скорость движения груженого скрепера в зависимости от типа лебедки составляет обычно от 1 до 1,3 м/с, а при холостом ходе 1,2— 1.5 м/с. При таких скоростях движения скреперные лебедки за чистое

время работы могут обеспечить укладку в массив до 15—20 м3/ч закладочногоПрименяемоеоборудованиеат риала. .Для механического метода ведения

закладочных работ разработано много типов метательных машин. Из них в Советском Союзе и за рубежом в исключительных случаях применяют только барабанные метательные машины.

Из отечественных конструкций метательных машин до промы­ шленного применения были доведены машины Гинцветмета (произво­ дительность 20—25 м3/ч, ширина ленты 350—400 мм, скорость ленты 13.5 м/с, угол ее наклона 23°, масса машины с электродвигателем 0,28 т, размеры 1,5x0,66x0,56 м) и Кузнецкого филиала Гипроуглемаша — типа МЗ-1 (производительность 60 м3/ч, ширина ленты 500 мм, скорость ленты 15 м/с, угол ее наклона от 5 до 30°, масса машины с электродвигателем 0,8 т, размеры 1,75x0,86x0,95 м).

Для закладочных работ наиболее широкое применение получили специальные двухбарабанные тягальные лебедки. Лебедка смонти­ рована на салазках и перемещается вслед за подвиганием забоя штрека. Бутовые скреперные лебедки [32] завода им. 15-летия ЛКСМУ применяют при проведении горизонтальных выработок широким забоем, а также для выкладки бутовых полос в выработанном пространстве лав на пластах мощностью от 0,5 до 1,2 м при углах падения до 10—12°.

Применяется лебедка типа БС-4П-2 П-образной компоновки для проведения штреков с верхней подрывкой пород. Иногда лебедки монтируются на тележке вместе с бункером. В сочетании с породо­ погрузочной машиной такой комплекс называют ПЗУ.

Применение закладочного материала крупностью около 300 мм и более затрудняет загрузку скрепера. Если скрепер забирает породу непосредственно с места подрывки, то для лучшей работы подрывку кровли выполняют в два-три приема.

Подача породы производится после каждого внедрения скрепера во взорванную массу. У места забутовки 4—5 порций закладочного материала уплотняют двумя-тремя толчками скрепера. После скре­ перования у бортов штрека остается незаложенным пространство шириной около 1,5—2 м, которое закладывается вручную. Уста­ новлено, что на возведение 1 м бутовой полосы с помощью скрепера в пластах мощностью 0,65—0,75 м (с учетом извлечения стоек) расходуется 4,2 мин.

Применяют различные типы (рис. 56) скреперов. Так, при раз­ работке пластов мощностью 0,35—0,6 м применяются совковые скреперы с навешенной на шарнирах задней стенкой. Скрепер перед­ вигается на салазках. При мощности пласта 0,35 м производитель­ ность скрепера составляет 10 м3/ч.

В пластах мощностью 0,6—1,3 м применяются скреперы гребкового типа, опрокидывающиеся в обоих направлениях в зависимости

от хода каната. Задние стенки двух таких опрокидывающихся скреперов соединяются цепями, что позволяет производить одно­ временную выкладку бутовых полос с обеих сторон штрека. Во время закладки скреперы работают попеременно: по ходу каната загру­ жается передний скрепер, а следующий за ним идет порожним. При обратном движении каната загружается второй скрепер и подбучивает породу в бутовую полосу с другой стороны штрека.

Спаренная работа скреперов наиболее успешно применяется при взрывании за один прием небольшого количества породы или при подаче закладочного материала со стороны к месту загрузки скрепера.

Рис. 56. Конструкции шахтных закладочных скреперов:

а — скрепер совковый; б — опрокидывающий гребковый скрепер

Для закладки породы в выработанное пространство лав при разработке пластов мощностью до 3 м применяются скреперы совко­ вого и гребкового типов емкостью 0,5 м3. В передней части скрепера укрепляют стальную пластину, которая при движении скрепера вперед производит уплотнение закладочного массива. При движении назад пластина скользит по породе.

Направляющие блоки состоят из шкива, вмонтированного на конических роликовых подшипниках между двумя дисками (рис. 57).

Диаметр направляющих блоков зависит от диаметра канатов, а также от места их установки. Для канатов диаметром 24 мм в штре ках применяются направляющие блоки диаметром 500 мм, а в лаве— диаметром 300 мм. Для канатов меньшего диаметра (12—16 мм) применяют блоки диаметром 200—300 мм.

В зависимости от мощности скреперной лебедки используют стальные канаты диаметром 12, 16, 20,5 и 24 мм.

По сравнению с установками для доставки руды скреперные закладочные установки отличаются конструкцией скреперов, скре­ перных блочков, а также применением облегченных канатов. При разработке мощных месторождений пользуются трехбарабанными

1 3 2

скреперными лебедками, в которых два барабана предназначены для головных и третий для хвостового каната. При работе трех­ барабанных лебедок возможна доставка и распределение закладоч­ ного материала в горизонтальной плоскости под углом, т. е. в любую часть забоя. Концевые выключатели устанавливают у каж­ дого барабана и регулируют для автоматической остановки скрепера в любом пункте.

Для закладочных работ в рудниках применяют скреперы совко­ вого (ящичного) и гребкового типов. Обычно их изготовляют более легкими и меньших размеров, чем скреперы для доставки руды.

А А

Рис. 57. Конструкция направляющего блока

Скреперы Ѵ-образной формы широко применяют за рубежом. В по­ следнее время на закладочных работах используют и литые скре­ перы. Наиболее целесообразно доставлять материалы в забой тяже­ лыми скреперами ящичного типа, а распределять материал в вырабо­ танном пространстве гребковыми скреперами.

Опыт показывает, что применение дистанционного управления дает возможность повысить производителность скреперной установки

и облТехникогч ть-экономическиепоказателираб ту маш ниста по управлению. .

Механическая закладка мета­ тельными машинами отличается от других методов небольшими затратами энергии, которые составляют 0,4—0,5 кВт • ч/м3 за­ кладочного материала. Однако вследствие организационных затруд­ нений и вытекающих из этого технических неполадок, как показывает практика, стоимость закладки при этом методе наиболее высокая.

133

В то же время при использовании метательных машин в соответству­ ющих горнотехнических условиях (например, на подбутовке пото­ лочин) этот метод оказывается эффективным. По сравнению с ручной закладкой в 2—3 раза снижается время возведения массива и в 3—4 раза трудоемкость.

Наиболее целесообразная область применения — забутовка (погашение) горизонтальных выработок под ответственными сооруже­ ниями, подбутовка бортов и потолочин.

Стоимость скреперной закладки определяется в основном расхо­ дами на транспортирование закладочного материала и обслуживание скреперной установки. Без учета стоимости закладочного материала расходы на возведение 1 м3 закладки обычно не превышают 0,4 руб. При надежной организации транспорта закладочного материала до выемочного блока и закладочных работ в забое достигается про­ изводительность 90—100 м3/смену.

При скреперной закладке трудоемкость закладочных работ составляет 3—5 чел-смен на 1 м штрека вместо 6—7 при ручной закладке, а время на закладочные работы снижается с 6 до 2,5—3 ч.

Применение скреперной закладки позволяет проводить штреки большего сечения с меньшими трудовыми затратами. При выкладке околоштрековых бутовых полос скреперами улучшается состояние штреков и устраняются деформации металлической крепи. При возведении бутовых полос на угольных пластах мощностью 0,(5— 1 м достигается производителность труда по закладке до 14 м3 породы на 1 чел-смену.

Усадка закладочного массива при скреперной закладке в зави­ симости от вида закладочного материала и тщательности ведения работ составляет 30—40%, а при механической метательными маши­ нами — 20—30%.

3. Гидравлическая закладка

Гидравлическая закладка основана на использовании потока воды, движущегося под напором в трубах, для транспортирования и укладки в выработанное пространство закладочного материала. Гидросмесь с определенным содержанием твердых частиц и воды образуется в специальных смесительных устройствах, затем под действием напора транспортируется по трубопроводам в выработан­ ное пространство, где и намывается закладочный массив. При этом воду, отделяющуюся от породы, отводят в отстойники по водоотво­ дящим канавам в отстойники, откуда откачивают на поверхность.

Гидравлическая закладка находит широкое применение в горно­ добывающей промышленности при разработке месторождений раз­ личными системами, а также для заполнения отработанных камер при отработке рудных залежей.

Достоинствами этого метода закладки являются: высокая плот­ ность закладочного массива (при мелкозернистых материалах); высокая производителность закладочных работ; обеспечение подачи

134

закладочного материала в забой с поверхности по трубопроводам значительной протяженности; возможность надежной изоляции заложенного пространства от проникновения воздуха.

К основным недостаткам гидравлической закладки относятся: ввод в шахту большого количества воды, что усложняет водоотлив­ ное хозяйство и ухудшает условия труда в забоях, расположенных ниже закладывемых участков; повышенные требования к закладоч­ ным материалам, особенно в отношении их крупности и примеси глинистых частиц; невозможность совмещения работ по выемке

изакладке в забое.

Вкачестве закладочного материала используются пески, грану­ лированные шлаки, хвосты, ОФ, а также дробленые коренные горные породы крупностью до 60 мм в поперечнике. Опыт показывает, что гидравлическая закладка особенно эффективна при использовании

мелкозернистых материалов, легко перемещаемых потоком воды

ибыстро отдающих воду при намыве закладочного массива. Наиболее подходящим материалом для гидравлической закладки

является крупнозернистый песок с небольшим содержанием фракции размером менее 0,075 мм. Хорошие результаты дает также исполь­ зование гранулированных шлаков, хвостов ОФ и крупнозернистого лёсса. Эти материалы транспортируют при сравнительно малых удельных расходах воды; они легко отдают воду (скорость фильтра­ ции около 150 мм/ч и более) и обеспечивают высокое качество закла­ дочного массива. Наименее пригодны для гидрозакладки крупно­ кусковые дробленые породы.

Следует учитывать, что в полностью заложенном объеме массив из песка дает усадку 7%; из смеси породы отвалов, отходов мойки и котельной золы (в равных долях) — до 15%; из кусковой породы (с размерами кусков 50—70 мм) — до 30%.

На шахтах Кузбасса для гидравлической закладки используют дробленые аргиллиты и алевролиты. В исходном материале фракции менее 0,1 мм содержится не более 5%. Опыт показывает, что при транспортировании по трубам диаметром 150—200 мм удельный рас­ ход воды составляет от 4—5 до 10 м3 на 1 м3 закладочного материала. В то же время при использовании песков удельный расход воды колеблется от 1 до 3 м3 на 1 м3 материала, для крупнозернистых материалов — от 2—3 до 4 м3 по объему в плотном теле.

Рассмотрим технологические комплексы при использовании раз­

личныхТехнологическиекмплексыматериалов по вс му. процессу от поверхности до забоя. Для ведения закладочных работ гидра­

влическим методом на шахте или руднике оборудуют специальный комплекс устройств. В закладочном комплексе объединяют следующие процессы: приготовление закладочной гидросмеси, спуск ее в шахту, транспортирование по горным выработкам и намыв закладочного массива в выработанном пространстве.

В зависимости от вида используемого материала применяют разные способы приготовления закладочной гидросмеси, вследствие чего видоизменяется и технологический комплекс устройств.

135

П р и м е н е н и е е с т е с т в е н н ы х п е с к о в , г р а н у ­ л и р о в а н н ы х ш л а к о в и д р о б л е н ы х г о р н ы х п о ­ р о д . В этом случае приготовление закладочных материалов— сор­ тировку, дробление и шихтование — можно вести независимо от режима работы закладочной установки. Технологический комплекс включает складские устройства и смесительные установки, рас­ положенные на поверхности или под землей, трубопроводы для доставки гидросмеси в шахту и транспортирования к месту закладоч­ ных работ.

Применяют два типа установок: со смесительным устройством, расположенным на поверхности и в шахте. Для установок первого типа предусматривают сооружение капитально оборудованного складского хозяйства и, следовательно, вспомогательных транспорт­ ных коммуникаций. В установках второго типа для складирования закладочного материала используют простейшие складские помеще­ ния небольшой площади, а также подземные бункера.

При расположении смесительной установки в шахте можно заглубить бункерные сооружения в землю, что упрощает операции по загрузке и выгрузке. В то же время в смесительной камере всегда поддерживают необходимый температурный режим.

Целесообразность применения таких установок особенно видна при ведении закладочных работ на нижних горизонтах (более 200— 300 м). При этом важно, чтобы смесительная камера была располо­ жена на таком расстоянии от земной поверхности, при котором обеспечивается необходимый напор для транспортирования гидро­ смеси к наиболее отдаленным очистным забоям.

Достоинства расположения смесительного устройства на поверх­ ности следующие: большая площадь для размещения оборудования, работы ведутся при дневном свете и, самое важное, большой радиус действия установки. Расположение смесительной камеры на глубине около 15 м сокращает расстояние транспортирования по горизонтали примерно на 100 м по сравнению с расположением смесительного устройства на поверхности.

Выбор типа гидравлической закладочной установки зависит от производительности закладочных работ. При производительно­ сти 100—150 м3/ч и более капитальные затраты на оборудование установки под землей резко возрастают. Вследствие этого смеси­ тельные устройства закладочных комплексов высокой производи­ тельности для верхних горизонтов располагают на поверх­ ности.

В отечественной горнодобывающей практике производительность установок колеблется от 20 до 150—200 м3/ч. Как в угольной, так и рудной промышленности гидравлические установки с подземным смесительным устройством распространены наиболее широко.

Следует отметить, что эффективность гидравлической закладки повышается при наличии складов закладочного материала, поскольку

работа установок происходит независимо от поверхностного транс­ порта.

136

отделении ствола шахты или шурфа. Закладочный материал подается в вагонах и разгружается через грохот и бункер. Из бункера породу равномерным потоком выпускают на наклонный лоток, с которого он струей воды смывается на контрольную решетку приемной во­ ронки. Вода под напором поступает от насосной станции. Перед

Рис. 58. Принципиальная схема закладочной установки с подземным смесительным устройством:

1 — насос; 2 — бункер; 3 — смесительное устройство; 4 — лоток; 5 — шурф! в — трубопровод; 7 — водопровод

воронкой струя воды разделяется на основную, поступающую не­ посредственно в воронку, и вспомогательную, смывающую закла­ дочный материал.

Из приемной воронки гидросмесь поступает в вертикальный (или наклонный) трубопровод и далее по горизонтальному трубо­ проводу транспортируется к забою. Количество закладочного ма­ териала, расходуемого установкой, определяется по числу разгру­ женных за определенное время вагонов, расход воды учитывается водомером.

Практикой установлено, что емкость складских сооружений (а иногда и бункеров) целесообразно иметь более суточной потреб­ ности в закладочном материале участка выемочного поля, обслужи­ ваемого закладочной установкой.

137

Если добывается песок из речного аллювия, то проводится гидравли­ ческая очистка его от шлама при складировании в гидроотвалах или в циклонах. В практике известны случаи применения песка с содержанием фракции 0,5 мм до 60—70%.

На промплощадке шахт — у смесительных станций гидрозакла­ дочных комплексов оборудуют бункерные склады емкостью от 1,5

Одновременно работают 3—4 гидромонитора. Кроме того, вода подается дополнительно непосредственно на решетку сливной во­ ронки.

Представляет интерес опыт работ по подготовке закладочной смеси из кусковых пород в Кузбассе. Здесь порода добывается в Центральном карьере, расположенном в 4—6 км от шахт. В раз­ рыхленном виде порода доставляется в думпкарах широкой колеи на дробильный завод, где она проходит две стадии дробления: пер­ вую—щековой дробилкой и вторую — конусной. Для отделения негабаритных кусков используются валковые и вибрационные грохоты.

Закладочный материал выдается из погрузочных бункеров в саморазгрушающиеся вагоны широкой колеи и доставляется в них на

138

шахты к приемным бункерам. Гранулометрический состав приго­ товляемого закладочного материала примерно следующий:

В петрографическом отношении породы закладочного материала представлены в основном (75%) алевролитами и аргиллитами (прак­ тически неразмокаемыми в воде), а также песчаниками.

Для обеспечения бесперебойного снабжения очистных участков породой у мест спуска ее в шахту оборудованы специальные склады.

Для складов закладочных материалов, построенных в последние годы, проходятся углубленные бетонные бункера круглого сечения (диаметр в свету 11 м, глубина 20 м). Емкость бункеров около 2000 м3. Аналогичные склады-бункера предусматриваются при реконструк­ ции старых закладочных комплексов.

Разгрузка закладочного материала из железнодорожных вагонов производится непосредственно в бункер, откуда она поступает

всмесительную камеру гидрозакладочного комплекса. В камере монтируются смесительные воронки, от которых начинаются гидро­ закладочные трубопроводы. Порода из бункера попадает на лоток,

скоторого смывается струей воды в смесительную воронку конусного типа. Обычно в смесительной камере каждого закладочного ком­ плекса располагается 2—4 смесительных воронки (каждая для одного участка).

Склады большой емкости у смесительных установок применяют

втехнологических комплексах, работающих на отходах сланцев (КНР). Такой материал используют в смеси с 5—10% песка.

На перегонных заводах сланец дробится до крупности 60 мм и перерабатывается в газогенераторных печах. По выходе из печей сланец охлаждается водой и подается в обезвоживающие железно­

Водоотдача сланцев за первую минуту после укладки составляет до 80% всей воды. Остаточная влажность через 10—12 мин от начала возведения массива — около 10—12%, усадка закладочного мас­ сива 27—36%.

Па больших глубинах рудников обычно имеется несколько смесительных установок на центральной станции, которые обслу­ живают все или большую часть очистных забоев. Такие станции помещаются на одном из верхних горизонтов шахты (рудника), и закладочный материал поступает в очистные забои под действием силы гравитации. Несколько трубопроводов от смесительных уста­ новок спускаются по этим выработкам и разветвляются по мере необходимости по направлению к действующим очистным забоям

(рис. 60).

139