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

самым предохраняет трубопровод от закупорки (опыт тахт Куз­

басса).

Для удобства разбутовки горловины при работе на шихтованной кусковой породе и снижения подсоса воздуха применяют вариант

по схеме рис. 67, б.

При высокопроизводительных закладочных комплексах приме­ няют несколько отличную по размерам, но аналогичной конструкции

Рис. 68. Смесительная воронка при подаче гидросмеси со склада:

1 — предохранительный конус; 2 — внешний копус; з — коническая сменная вставка; 4 — решетка с ячейками 80 X 80 мм; 5 — переходной патрубок

смесительную воронку (рис. 68). Обычно такие воронки устанавли­ ваются для приема гидросмеси со склада (размыв материала гидро­ мониторами).

Для создания современных автоматизированных закладочных комплесков с регулированием соотношения твердой фазы к жидкой, а также с регулированием производительности по твердому целе­ сообразно применять питатели. Дело в том, что при использовании песков и, особенно, кусковых материалов дозирование их по отно­ шению к воде в струе гидромонитора или насадке весьма нерав­ номерно. Смесительное устройство с питателем, разработанное в

150

б. НУГИ II предназначенное для закладочных комплексов с исполь­ зованием кусковых материалов, приведено на рис. 69.

Смесительное устройство включает бункер большой емкости, из которого порода подается в смесительную воронку питателем общего назначения. Тем самым обеспечивается равномерное поступление материала и его дозировка в рабочий трубопровод.

Такой способ приготовления является наиболее совершенным при работе на кусковых материалах, поскольку позволяет регулировать подачу закладочного материала в трубопровод. Совершенствование технологических комплексов для шахт Кузбасса по такой схеме привело к разработке новых вариантов оборудования.

При использовании в качестве закладочных материалов песков, в том числе мелкозернистых из рудных хвостов, хорошо зарекомендо­ вала себя конструкция смесительной установки, выполненной по схеме рис. 70. Смесительные устройства включают стальной цилиндр с коническим днищем, оборудованный насадками, решетками и гидронасадками. Под конусом имеется 100-мм пробковый вентиль и решетка перед трубопроводом диаметром 100 мм. Смесительные установки расположены на горизонте около породоспуска, по кото­ рому поступает закладочный материал: для каждой установки обору­ дуется люк с секторным затвором.

Опыт работы с таким смесительным устройством показал, что верхняя решетка регулирует высыпание песка из постоянно запол­ ненного цилиндра в конус, а смешивание песка и воды происходит в основном над выпускным отверстием конуса.

Решетка, установленная в конусе, задерживает крупный мате­ риал, который мог бы закупорить 100-мм выпускное отверстие. Решетка, установленная в двойном конусе под пробковым вентилем перед поступлением материала в трубопровод, задерживает материал крупнее 40—50 мм.

Для работы с грубыми песками [74] испытаны два типа смеситель­ ных устройств: с обычно применяемым конусом и воронки с перемен­ ным наклоном стенок и специальным расположением насадок. Новая воронка обеспечивает лучшее образование гидросмеси и меньший подсос воздуха в трубопровод. Увеличилась производительность по твердому, примерно, в два раза и улучшилось отношение Т : Ж.

Дистанционный контроль за наполнением рабочего трубопровода в современных установках осуществляется с помощью электриче­ ского дистанционного манометра, который устанавливают в шахте в месте сопряжения вертикального (или наклонного) участка трубо­ провода с горизонтальным. Так, при подаче в трубопровод чистой воды прибор показывает минимальное давление, при движении гидросмеси оно возрастает.

При использовании материалов, представленных в основном песчаной фракцией, в смесительных устройствах для получения более равномерной гидросмеси целесообразно предусматривать перед приемной воронкой (с контрольной решеткой) смесительный канал. Если в такой канал подается гидросмесь с чрезмерной концентрацией

151

материала, то на дне его осаждается некоторая часть твердых частиц. Если поступает жидкая гидросмесь, то некоторая часть материала захватывается потоком гидросмеси со дна канала. По установленной

л — общий вид; б — верхний конус; « — решетки: внешняя I и внутренняя I I (с отверсти­ ями 17,5 мм); 1 — трубки диаметром 50,8 и 6,25 мм; я — цилиндр из стали; 3 — насадки; 4 — вентиль; 7 — решетка I; 6 — решетка II с отверстиями 17,5 мм; 7 — штуцер для промывки; s — пробковый вентиль; ѳ — отверстие для очистки решетки; 10 — 76,2 мм вентиль; 11 — вентили 23,4 мм для шлангов; 12 — пусковые гидромониторы; 13 — расходомер; 14 — водо­

провод; 15 — фланец

в потоке рейке с делениями можно следить за соотношением мате­

риалаУстройствадлясмешенияисгущениягидросмесии в ды юбой омент. .При использо­

вании в качестве закладочного материала хвостов ОФ равномерное

153.

смешение твердых частиц с водой, а также сгущение гидросмеси до заданной концентрации осуществляются с помощью агитатора; затем закладочная гидросмесь подается в шахту песковым насосом. В зави­ симости от схемы технологического комплекса агитатор выполняет функции смесителя и сгустителя или только смесителя. В первом случае для закладки используют хвосты, для которых не требуется разделения по крупности, а во втором — хвосты с предварительной их классификацией для удаления шламов.

При классификации хвостов, особенно в две стадии, их сгущают, вследствие чего не требуется применение агитаторов больших разме­ ров. Для классификации применяют, помимо циклонов, реечные установки.

Если же классификация хвостов не требуется, то агитатор исполь­ зуют для сгущения гидросмеси, а также для накопления определен­ ного количества закладочного материала. Тем самым достигается бес­ перебойная и равномерная подача закладочного материала в шахту. В этом случае агитаторы имеют большие размеры. В принципе такое устройство мало отличается от смесителей, применяемых на обогати­ тельных фабриках.

Следует отметить, что для указанных целей не исключено приме­ нение и другого оборудования, например обезвоживающих устройств непрерывного действия или питательных резервуаров. Такие уста­ новки выполняются в виде резервуара (чана) большой емкости. Внутри чана помещен импеллер, служащий для поддержания ско­ рости перемешивания гидросмеси, достаточной для взвешивания наиболее крупных частиц хвостов. Скорость движения гидросмеси зависит от размера и скорости импеллера.

Опыт показывает, что подобный резервуар емкостью на 500 т гидросмеси следует помещать на железобетонном основании или на металлической конструкции, расшитой листовой сталью толщиной около 6 мм. Поскольку боковая часть чана вследствие гидравличе­ ских ударов, вызываемых попаданием в систему большого количества воздуха (особенно при пуске), может прогибаться, необходимо пре­ дусматривать вертикальные ребра жесткости и с наружной стороны устанавливать горизонтальные ребра жесткости (обручи).

Импеллер насаживается на коренной вал, который поддержи­ вается горизонтальной поперечной связью, приваренной к бокам чана на расстоянии около 2,5 м от его дна. Погруженный подшипник вала выполняется с резиновыми роликами, вставляемыми в обойму, наружной поверхностью которой служит отрезок трубы.

Такой подшипник оказывается надежным в эксплуатации и не требует особого ухода [6]. Для поддержания влажности в подшип­ нике (сухие резиновые ролики быстро разрушаются) при опускании гидросмеси ниже отметки его по валу подается небольшая струя воды.

Наиболее часто используется импеллер диаметром 1,2 м, скорость вращения которого составляет 128 об/мин (мощность электродвига­ теля около 20 кВт). Опыт показал, что по краям чана вблизи дна

154

всегда остается песок, что несколько снижает производительность агитатора. В последнее время для увеличения производительности чана применяют импеллеры диаметром до 1,35 м, что позволяет уменьшить время на размешивание гидросмеси примерно на одну треть.

Импеллер обычно отливается из стали. Через каждые 20—30 дней стирающиеся поверхности лопастей (концы шириной около 50 мм) целесообразно подвергать цементации, что увеличивает срок службы импеллера до года. Используют также армировку импеллера резиной.

Оборудование для работы с кусковыми материалами. При ведении закладочных работ кусковыми материалами по условиям транспорти­ рования по трубам достигается относительное содержание твердой фазы в потоке не более 15—20% по объему. Поэтому стремятся перед подачей материала в выработанное пространство произвести сгуще­ ние гидросмеси и даже отделение воды.

В ИГД им. А. А. Скочинского разработан сгуститель по схеме рис. 71, который устанавливают на сливном конце трубопровода. Поскольку в процессе перемещения по трубам куски породы подвер­ гаются деградации, то образуется породный шлам (при слабых породах в большом количестве) и происходит вынос его в водоводную систему сброса. Поэтому перед водосборниками должно производиться отделение шлама и подача его в выработанное пространство.

Трубчатый сгуститель позволяет отделять до 40% воды из трубо­ провода. Он выполняется в виде трубы с нарезанными в ее верхней части поперечными щелями, уширяющимися от 0 в середине трубы до 5 мм в верхней ее части и от внутренней поверхности трубы к наружней. Труба устанавливается под углом до 15° к горизонту и заключена в другую трубу с водоотводным патрубком.

При возведении закладочного массива кусковыми материалами важно обеспечить подбутовку у кровли, особенно при наклонном

155

залегании пласта или рудной залежи. Для этой цели сливной патру­ бок выполняют из двух или трех колен, соединенных между собой одноплоскостнъши шарнирами, и сменной насадки на конце (диаме­ тром 110, 115 и 120 мм), присоединяемой к колену с помощью быстро­ разъемного соединения. Такой патрубок может направлять поток в любую сторону и под любым углом наклона в пределах 180°. Кроме того, вследствие наличия насадки дальность полета струи увели­

чивается до 4—5 м.

При использовании системы гидротранспорта для доставки породы к забоям и последующей укладки ее в массив другими спосо­ бами (самотеком, метательными или пневматическими машинами) в опытном порядке гидрозакладочные комплексы оборудуют дуго­ выми отделителями (например, ВОВ-6, ИГД им. А. А. Скочинского) с щелевым шпальтовым ситом.

Для качественного возведения закладочного массива имеет

первостепенное значение планомерное распределение гидросмеси в вы­

работНасосыдляперекачкигидросмесинн м прост анстве ( сп льзованием. желобов и др.). Широкое применение находят

насосы центробежные песковые, грязевые (шламовые ГР и Б и порш­ невые). Современные песковые насосы типа НИ (насос песковый) имеют производительность от 20 до 400 м3/ч и напор до 45 м. Они предназначены для породных гидросмесей с мелкими частицами. Могут применяться и другие типы насосов [75].

В США для гидравлической закладки в угольных шахтах приме­ няют высоконапорные нефтяные насосы. Гидросмесь из песка под давлением подается от смесительной установки по трубам в сква­ жины (пески тонкие — из хвостов).

Гидравлический транспорт. Перемещение закладочного мате­ риала от смесительного устройства в выработанное пространство осуществляется напорным потоком по магистральному трубопроводу, проложенному по основным выработкам, и ответвлениям от него к отдельным выемочным участкам. В отдельных случаях для пере­ мещения гидросмеси до рабочего горизонта используются скважины в монолитных породах.

Рабочий трубопровод закладочной установки состоит из верти­ кальной (или наклонной) и горизонтальной частей. При этом в вер­ тикальном участке трубопровода устанавливается определенная высота столба гидросмеси, обеспечивающая напор, необходимый для перемещения закладочного материала по трубам.

Подача закладочного материала в шахту насосами применяется обычно при вскрытии залежи штольнями или при большой протя­ женности шахтного поля по простиранию и сравнительно небольшой глубине залегания и т. п. (см. рис. 66).

Напор, создаваемый в рабочем трубопроводе за счет разности высот начального и конечного участков, должен быть достаточным для преодоления сопротивления при движении гидросмеси с задан­ ной скоростью. При этом наиболее эффективным с точки зрения расхода энергии является такой режим движения, при котором

156

гидросмесь перемещается со скоростью, близкой к критической (выше ее). В глубоких шахтах для снижения избыточного напора смесительные станции переносят на рабочие горизонты.

Ври использовании мелкозернистых закладочных материалов (пески, шлаки, хвосты, дробленые породы) крупностью до 2—3 мм критическая скорость соответствует такой минимальной скорости, при которой еще возможно транспортирование твердых частиц во взвешенном состоянии; для кусковатых закладочных материалов (дробленые горные породы) крупностью до 60—70 мм в поперечнике критическая скорость соответствует такой минимальной скорости, при которой обеспечивается перемещение частиц и кусков прерывным взвешиванием (скачкообразное движение). Для обоих случаев харак­ терно, что критические скорости в зависимости от крупности, удель­ ного веса закладочного материала и концентрации гидросмеси имеют значения для труб диаметром 75—200 мм от 1,5 до 3,5 м/с; однако по условиям эксплуатации для мелкозернистых материалов рабочая скорость гидросмеси принимается с запасом до 2,5—3 м/с, а для кусковых — до 4 м/с.

Отношение радиуса действия установки к высоте напорного столба изменяется от 4 :1 до 14 : 1 — в зависимости от состава гидросмеси (концентрации, крупности частиц материала и его удель­ ного веса) и диаметра трубопровода. С увеличением расстояния транспортирования, при прочих равных условиях, уменьшается производительность установки (с учетом влияния сложности трассы). Повышения радиуса действия установки можно добиться увеличе­ нием диаметра труб или высоты напорного столба.

При использовании мелкозернистых закладочных материалов стремятся получить отношение горизонтальной части трубопровода к вертикальной не более 8—10 : 1, а при использовании кусковых материалов 4 :1 — 6: 1 .

Отношение горизонтальной длины трубопровода к высоте напора имеет и минимальный предел, ниже которого требуется слишком большой расход гидросмеси, чтобы наполнить весь вертикальный став, причем при наполнении става в трубопроводе возникают повы­ шенные скорости, вызывающие чрезмерный износ труб и деградацию кускового материала. Минимальное отношение горизонтальной длины к вертикальной высоте трубопровода находится (в зависимости от размера частиц и диаметра труб) в пределах от 0,6 : 1 до 2 : 1. При меньших отношениях указанных величин смесительное устройство следует располагать ближе (по высоте) к рабочему горизонту.

Для надежной и экономичной работы закладочной установки большое значение имеет выбор трассы трубопровода в шахте (руд­ нике). Для создания нормального режима работы установки необхо­ димо, чтобы все участки трубопровода работали как единая напорная система. Это условие может быть соблюдено, если в трассе трубо­ провода, выполненной в виде нескольких опускающихся ступеней, отношение горизонтальной длины трубопровода к вертикальной высоте на верхней ступени будет меньше, чем на нижних ступенях.

157

Для этой же цели желательно снабжать выходную трубу конической насадкой.

Трассу следует выбирать так, чтобы рабочий трубопровод можно было проложить прямолинейно, с наименьшим числом поворотов, особенно следует избегать местных понижений, в которых обра­ зуются «мешки».

Процесс работы закладочной установки можно представить сле­ дующим образом: при наполнении трубопровода заданных размеров гидросмесью через приемную воронку в каждый момент проходит определенное количество воды и материала со скоростью, опреде­ ляемой приемным устройством и интенсивностью подачи. При этом в вертикальном трубопроводе происходит отрыв потока под влиянием свободного падения. Поток спускается по вертикальной трубе, за­ полняя горизонтальный участок. В вертикальном участке устанавли­ вается такая высота столба гидросмеси, которая определяется ги­ дравлическими сопротивлениями в трубах и расходом гидросмеси.

При движении гидросмеси вследствие изменения гранулометри­ ческой характеристики закладочного материала и некоторой нерав­ номерности подачи его сопротивление в трубах изменяется. Это влечет за собой и соответственное изменение высоты столба в верти­ кальном участке трубопровода. Поток гидросмеси, выходя из прием­ ной воронки, ири таких условиях опускается до уровня действитель­ ной высоты столба.

Участок трубопровода, на котором происходит свободное падение закладочного материала и колебание уровня, заполнен смесью воды, твердых частиц и пузырьков воздуха. В результате на этом участке создается разрежение и в трубопровод засасывается воздух. При этом, чем больше разница между высотой вертикального участка и действительной высотой столба, тем больше путь свободного паде­ ния частиц и тем больше засасывается воздуха.

Наличие воздуха в гидросмеси, перемещаемой напорным потоком, отрицательно сказывается на режиме работы закладочной установки. Если в среднем высота столба остается сравнительно постоянной, то в отдельные моменты, при вытеснении воздушных прослоев, она резко снижается. При значительном уменьшении действительной высоты напора снижается скорость гидросмеси, что вызывает осе­ дание некоторой части материала на дне трубопровода. Режим работы оказывается неравномерным и сопровождается резкими толчками и гидравлическими ударами.

Наличие прослоев воздуха в гидросмеси усиливает пульсацию потока, обусловливаемого влиянием перемещения потока с материа­ лом, представленным различными фракциями (особенно кусковыми). Пульсация потока гидросмеси при налаженной работе установки составляет от 25 до 35 толчков в минуту.

При выполнении закладочных установок необходимо стремиться к уменьшению засасывания воздуха, для чего нужно поддерживать требуемую высоту столба. Увеличение высоты столба достигается уменьшением диаметра труб. Наиболее целесообразным режимом

158

работы является такой, при котором вертикальный столб гидросмеси достигает уровня приемной воронки.

Концентрация гидросмеси, принимаемая на практике, зависит в основном от крупности и удельного веса закладочного материала, а также от диаметра трубопровода.

Удельный расход воды при использовании мелкозернистых материалов изменяется от 1 до 3 м3 на 1 м3 материала, а при ис­ пользовании зернистых и кусковых дробленых пород — от 3—4 до 6—7 м3 на 1 м3 материала, а иногда и выше. С увеличением кон­ центрации гидросмеси повышается эффективность гидравлического

А

Рис. 72. Быстроразъемное соединение:

порта определяется принятой технологической схемой, качеством выполнения закладочного комплекса и общей организацией работ.

Рабочие трубопроводы закладочных установок в настоящее время на отечественных шахтах и рудниках собирают из цельно­ тянутых труб, изготовленных из обычной стали (газовые трубы). Такие трубы менее устойчивы, чем чугунные, но имеют меньшую массу, что облегчает монтаж и демонтаж трубопроводов. Длина коммуникации достигает 2—3 км (за рубежом 4—4,5 км).

Трубы соединены с помощью подвижных фланцев, позволяющих для увеличения срока службы поворачивать их без разборки трубо­ провода; применяют быстроразъемные соединения (рис. 72).

Для гидротранспорта кусковых и шихтованных материалов применяются трубы круглой формы из марганцевой или углеродистой

159