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

стали с внутренним диаметром 150—200 мм, толщиной стенок от 4 до 10—14 мм, длиной 3—6 м. Осваивают биметаллические трубы.

Повороты трубопровода в горизонтальной плоскости осущест­ вляются при помощи клиновых колец и колеи. Клиновые кольца изготовляют для поворотов под углом 3, 6 и 8°. Колена изготовляются из стали этих же марок и применяются для поворотов под углом 15, 30 и 90°. Для перехода трубопровода из наклонного в горизон­ тальный применяют специальные футерованные колена с радиусом кривизны 1 м. Футеровка изготовляется из стальных легкосъемных вкладышей толщиной 50 мм.

На вентиляционном штреке иногда устанавливается предохрани­ тельное устройство, срабатывающее при закупорке става. Разбутовку трубопровода (после разъединения става на участке по 20—30 м) производят промывкой водой, а в случаях забивки всего сечения трубы — специальным буром.

После поворота трубопровода в вертикальной или горизонталь­ ной плоскости на угол свыше 15° за коленом устанавливают центри­ рующее кольцо (из трубы). Оно служит для центровки гидросмеси после поворота трубопровода и имеет входное отверстие диаметром 165 мм и выходное диаметром 178 мм. Установка центрирующего кольца недостаточно снижает односторонне удары частиц о стенку трубы, вследствие чего наблюдается сильный износ отрезка магист­ ральных труб на протяжении 300—500 мм. Для экономии расхода дефицитных труб и облегчения замены первой за коленом трубы после центрирующего кольца устанавливается укороченная труба длиной до 600 мм с толщиной стенок 17—22 мм.

Трубопроводы на основных магистральных линиях монтируются и жестко крепятся на бетонных фундаментах или лежанах. Участко­ вые трубопроводы подвешиваются и крепятся к верхнякам крепи. После пропуска по трубам песка около 200—300 тыс. м3 трубы с магистральных линий используют в забоях как облегченные. На ответвлениях магистралей в особых случаях устанавливают шибер­ ные задвижки (рис. 73).

Диаметр труб принимают в зависимости от вида и гранулометри­ ческого состава закладочного материала. При использовании хвостов диаметр труб (в зависимости от производительности установки) принимают от 50 до 100 мм, при использовании естественных песков и гранулированных шлаков — от 75 до 100—125 мм (при большой производительности 150—250 мм), а при использовании кусковых дробленых пород — от 150 до 250 мм.

Для уменьшения напора при гидравлическом транспортировании магистральные участки трубопровода собирают из труб повышенного диаметра. При возведении закладочных массивов на глубоких гори­ зонтах часто применяется высокий напор. Для уменьшения его повышают скорость на отдельных участках, для чего вставляют керамические патрубки меньшего (в 1,5—2 раза) сечения. На трассах с пониженным давлением [77] используют трубы из пластика (поли­ этилена и др.).

160

Широко внедряются в практику (особенно горнорудную) сква­ жины для подачи гидросмеси. Скважины вертикальные или под

и недостаточно монолитных породах скважины обсаживаются тру­ бами. Известен опыт подачи гидросмеси на горизонт 760 м [78].

Рис. 73. Шиберная задвижка:

.7 — т р у б а ; 2 — к л ап ан ; з — вен ти л ь

При переходе горизонта скважины соединяются шлангами или трубами. Эксплуатация скважин отличается простотой обслужива­ ния, но требует тщательного приготовления закладочного материала; при пересечении горизонтов и для горизонтальных ответвлений применяют обычные трубы. На рудниках Южной Африки через скважины подается закладочный материал на глубину около 500 м, при этом достигнуты показатели, приведенные в табл. 6.

В зарубежной практике для гидравлической (и пневматической) закладки широко применяют трубы из легированных сортов стали и отбеленного (серого) и хромистого чугуна, что увеличивает срок службы трубопровода в несколько раз по сравнению с трубами из

мягкой и даже углеродистой стали.

При использовании хвостов вертикальные трубопроводы выпол­ няются из сварных труб, армированных для уменьшения износа резиной толщиной около 6 мм (рис. 74). Трубы рассчитаны на давле­

ние 300 кгс/см2.

Трубы, располагаемые на поверхности и в шурфах, теплоизоли­ руют слоем асбеста. Внешний диаметр таких труб со слоем теплоизо­ ляции — 216 мм, внутренний — 141 мм. Длина трубы до 6 м. В стволе

и может служить компенсатором изменения длины трубопроводного става.

К месту закладочных работ в выработанном пространстве под­ водятся трубы, подключаемые к штрековым трубам через тройнико­ вые отводы. Трубы забойных трубопроводов снабжаются несколь­ кими выпусками с задвижками.

Для переключения потока гидросмеси с одного участка на другой применяют переключатели шиберного типа с уплотнением. В ПНР применяют переключатели с шаром. Для переключения трубопро­ вода достаточно открыть крышку переключателя, затем переставить шар из одного отвода в другой; после этого шар закрепляют болтом. При отсутствии надлежащего ухода переключатели работают недо­ статочно исправно вследствие засорения частицами мелких фрак­ ций материала. Поэтому на практике часто для переключения трубо­ провода отсоединяют одну ветвь става, а к магистральному ставу подсоединяют другую.

При использовании закладочных установок большой произво­ дительности в забое применяют облегченные быстроразъемные трубы

с толщинойПромывкатрубопроводовс енок 3—4 мм., длиной 2 м.

Для хорошей работы установки необ-

162

ходпмо, чтобы в промежутках между циклами закладочных работ не происходило закупоривания труб. Чтобы избежать этого, необхо­ димо производить тщательную промывку трубопровода.

Операторы в забое и на смесительной установке обычно связаны прямой телефонной связью. Когда забой подготовлен к приему гидросмеси, оператор в забое просит вначале промыть трубопровод II после появления воды в забое дает сигнал для подачи закладочного материала. По окончании возведения слоя или в конце рабочей смены снова производится промывка линии, и о появлении воды в забое оператор сообщает на установку.

Для промывки закупоренных участков трубопровода через 30 м устанавливаются тройники (для труб малого диаметра) или штуцера с выпускным отверстием. Удалению песка помогают постукиванием по трубе. Возможно применение очистных турбофрез ПНИУИ.

При нормальной работе вертикальные ставы заполнены обычно неполностью, и при закупорке уровень гидросмеси поднимается. В случае аварии сигнал о подъеме уровня гидросмеси от поплавко­

вого датчика можно автоматически передать на смесительную уста­

новкуДанныепоизносутрубиарматуры. .При использовании шихто­

ванных (пески со шлаками, кусковыми породами и др.) и дробленых закладочных материалов важны показатели износа оборудования. В этих условиях завышение скорости движения, повышенное содер­ жание воздуха (интенсифицирующего за счет коррозии износ) в гид­ росмеси могут резко снижать эффективность использования обору­ дования.

Значительное влияние на износ оказывает вид горной породы или материала. Особо абразивны доменные шлаки и дробленые твердые породы. При работе на отходах углистых сланцев трубы из углеродистой стали с толщиной стенки 7—8 мм до полного износа пропускают: горизонтальные — до 350 тыс. м3, наклонные, под углом 30° — до 280 тыс. м3, а из марганцевой стали и двухслойные при угле наклона до 30° — до 500 тыс. м3 материала. Срок службы колен из углеродистой стали: под углом 30° — 45 тыс. м3, под углом 15° — 78 тыс. м3. При использовании дробленых песчаников эти показатели уменьшаются в 4—5 раз.

Для уменьшения износа трубы и колена армируются износо­ устойчивыми материалами: вкладышами из хромоникелевой стали, базальта, бетона и др.

В Кузбассе для труб диаметром 175 мм применяли базальтовые вкладыши со следующим данными: отношение внутреннего диаметра к внешнему 150/190 мм; длина вкладыша 240 мм, масса 1 м — 33 кг. Трубы, армированные базальтом, имеют большую массу, поэтому их устанавливали на главных магистралях.

Для футеровки труб износоустойчивыми вкладышами на рудниках и шахтах применяются специальные устройства. Например, для футеровки бетоном приготавливают смесь из одной части быстросхватывающегося цемента и двух частей песка.

Для закладочных работ используют и легкие износоустойчивые трубы, наиболее удобные при монтаже и демонтаже. Для этого кнутреннюю поверхность труб подвергают специальной закалке токами высокой частоты; чтобы придать трубе необходимую проч­ ность, закалку ведут участками шириной по 20 мм, оставляя неза­ каленными кольцевые участки шириной по 5 мм.

В последнее время начали изготовлять трубы с эмалевой футеров­ кой; толщина стенки таких труб 1,7 мм [79]. Хорош по этим данным

Для предохранения концов труб, изнашивающихся в наибольшей степени, предусмотрено устройство манжет с утолщенными стенками (длиной до 0,5 м). С этой целью в Кузбассе на внутреннюю поверх­ ность труб по концам на длину 50 мм наплавляют износоустойчивый сплав Т-590 толщиной 2—3 мм.

Применяют сварные колена из кусков труб. В последнее время наплавляют внутреннюю поверхность колен сплавом Т-590. Колена изготовляют равнобедренными с радиусом закругления около 1 м для углов поворота 10, 15, 30 и 90°. Для меньших углов 3,5—8° предусмотрены клинообразные вставки. Применяют также колена, армированные стальными вкладышами.

Износ труб и арматуры зависит от удельного веса, крупности и абразивных свойств закладочного материала, диаметра трубопро­ вода, скорости движения гидросмеси и ее концентрации, а также материала труб. Износ трубопровода неодинаков в различных его частях, особенно при работе на кусковых породах.

Больше всего изнашиваются закругления, особенно в местах сопряжения вертикального участка с горизонтальным. В наклонных участках трубопровод изнашивается быстрее, чем в горизонтальных, но значительно меньше, чем в вертикальных.

В прямолинейных горизонтальных трубопроводах в наибольшей степени износу подвержена первая за коленом труба. Поскольку износ труб происходит в основном в нижней части их (особенно вблизи стыков, где имеются выступы или разрывы), то для увеличе­ ния срока службы труб их, по истечении некоторого срока работ, поворачивают вокруг оси на 45° (4—6 раз).

При использовании в качестве закладочного материала гранули­ рованного шлака (на рудниках Урала) стальные трубы диаме­ тром 75—100 мм и с толщиной стенки 10—12 мм изнашивались после пропускания 10—15 тыс. м3, а колена — 3—5 тыс. м3 материала. В то же время при использовании хвостов стальные трубы диаме­ тром 50 мм на горизонтальных участках пропускают до 100 тыс. м3, а трубы диаметром 75 мм — до 150 тыс. м3 материала; трубы диаме­ тром 125—175 мм — до 700 тыс. м3.

Практически можно принимать показатель износа для песков 30 тыс. м3 па 1 мм толщины стенки стальной горизонтальной трубы диаметром 150 —200 мм.

164

На свинцово-цинковых рудниках, работающих на «мягких» хвостах (с пониженным выходом кварцевых песков), ревизия трубо­ проводов и арматуры производится после пропуска определенного количества закладочного материала: на поверхностных участках трубопровода — после пропуска 760 тыс. м3 гидросмеси, для гибких рукавов и резиновой футеровки вертикальных трубопроводов — после пропуска 76—112 тыс. м3 гидросмеси. В отдельных случаях резиновые рукава пропускают до износа 2,5 млн. м3 гидросмеси [79]. Резиновая футеровка быстро теряет прочность на износ и эластич­ ность от воздействия серы, содержащейся в руде. После применения ингибиторов, вводимых в гидросмесь, против воздействия серы износ заметно снижается.

Следует указать, что при повышенных скоростях движения и использовании стальных труб показатели износа ухудшаются. Например, вертикальные трубы из углеродистой стали диаметром 63 мм при скорости пульпы около 3 м/с изнашиваются полностью

ванные резиной толщиной 6 мм до износа пропускали 2 млн. т песка. Гидравлическое сопротивление труб с резиновой армировкой по воде примерно соответствует сопротивлению старых чугунных труб.

Считается, что стенки стальных труб диаметром более 125 мм изнашиваются в среднем на 1 мм своей толщины после перемещения по ним около 20 тыс. м3 шихтованных песков (со шлаком и дробле­ ными породами). При трехкратном поворачивании трубы с толщиной стенки 9 мм пропускают до полного износа около 130 тыс. м3 породы, а с толщиной стенки 12 мм — 170 тыс. м3.

На шахтах Кузбасса при работе с дроблеными породами При-* няты следующие нормы амортизации трубопроводов: через прямоли­ нейные участки из обычных стальных труб диаметром 150 мм и тол­ щиной стенки 9 мм можно пропустить при поворачивании 5—6 раз до полного износа 100—120 тыс. м3 закладочного материала (при наплавке концов труб).

Возведение закладочного массива. Закладочные работы в шахте состоят из двух основных операций: подготовки лавы, камеры или блока к закладке и намыв закладочного массива. Подготовка выра­ ботанного пространства для закладки сводится к возведению пере­ мычек и устройству дренажных каналов. Перемычки и отшивки для ограждения закладочного массива несут большие нагрузки, особенно при песчаном закладочном материале. В связи с этим при гидравли­ ческой закладке в лавах и блоках, отрабатываемых слоевыми систе­ мами, перемычки и отшивки выполняют особо прочными (по типу бортовых крепей).

При намыве закладочного массива материал распределяется в выработанном пространстве, чем достигается наиболее полная его укладка; вода и тонкие шламы отводятся по дренажным каналам и выработкам. Способ дренажа зависит от вида закладочного материала, в основном от его гранулометрического состава,

165

определяющего фильтрационную характеристику закладочного мас­

сива.

При использовании крупнозернистых и кусковых материалов (песка, гравия, шлаков, дробленых пород) отвод воды осуществляется в основном дренированием через толщу закладочного массива, а при использовании мелкозернистых материалов (тонких песков и хвостов) на поверхности закладки создаются отстойные прудки и слив воды происходит через сливные устройства (колодцы, лотки, перемычки и др.). Закладочный материал в выработанном пространстве распола­ гается под углом естественного откоса. На кусковых породах обра­ зуется переменный откос, угол которого меняется (в зависимости от расстояния выпускного торца трубопровода) от 32 до 45°, а при отложении наиболее мелких частиц — до 16°. Вынос мелких частиц

при гидрозакладке достигает 3—5% от количества поданного мате­ риалаВозведениемасивавзабояхугольныхшахта сч т из ельчения п р д. . При разработке

угольных пластов с закладкой, как отмечалось ранее, применяют в основном системы с длинными забоями (не исключены и камерные системы). Другой отличительной особенностью являются большие объемы и концентрация закладочных работ, а также использование при гидрозакладке, помимо песков, кусковых пород.

Ширина закладываемого пространства (шаг закладки) опреде­ ляется горно-геологическими условиями залегания пласта, поведе­ нием кровли и видом закладочного материала.

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 до 40—50 м.

*В то же время при использовании дробленых пород куски могут скапливаться вблизи выходного конца трубопровода, вследствие чего размеры закладываемого пространства с одной позиции оказы­ ваются незначительными. Как в том, так и другом случае приходится делать перерывы в подаче материала и производить демонтаж труб.

При работе столбовыми системами (в том числе слоевыми) и

использовании для закладки песка выемка, как правило, ведется снизу вверх (при слоевых системах последующие слои отрабаты­ ваются не менее чем через год). Шаг закладки принимается до 3—8 м.

Выработанное пространство, подлежащее закладке, отшивается со стороны забоя и со стороны разрезных печей обрезными досками и мешковиной. В отшивке устраиваются водоспускные окна, а по уклону до отстойника прокладывается водоспускной деревянный желоб.

Трубопровод диаметром 185—200 мм подвешивается вдоль лавы к крепежным стойкам у кровли пласта. Через каждые 10 м от трубопроводаа). отходят ответвления в закладываемое пространство (рис. 75, Чтобы песок не выдавливал отшивку, вплотную к ней устанавливаются дополнительные стойки, которые притягиваются прядями старого каната к крепежным стойкам в закладываемом пространстве. Одновременно закладывается до 5 лент, т. е. 1,5—

166

0-51

2 тыс. м3. II]*II производительности закладочной установки, напри­ мер, 100 м3/ч на возведение полосы требуется около 18 ч.

Перед пуском гидросмеси трубопровод (длиной до 2—2,5 км) в течение 3—5 мин промывается чистой водой. Процесс возведения начинается со стороны, противоположной водоспускным желобам. Как только крайний участок полосы заполнится песком до кровли, подача материала прекращается. После этого первое ответвление трубопровода отключается и открывается задвижка второго ответвле­ ния. Далее подается сигнал в смесительную камеру и начинается промывка трубопровода водой. По окончании промывки в трубо­ провод подается гидросмесь. Работа по данной схеме ведется и при механизированных комплексах.

Рис. 76. Конструкции отшивок:

а — торцовая: 1 — лавное крепление; 2 — отшивка; 3 — окно для отвода воды; 4 , 5 — кре­ пление; б — фильтрационная: 1 — комплект; 2 — двойной шпунт; з — решетка; 4 — труба

При слабой кровле шаг закладки принимается минимальным. В этом случае возведение закладочного массива ведется при «торб­. цовом» выпуске гидросмеси в соответствии со схемой рис. 75,

Перемычки обычно возводят из дерева, ткани, металлической сетки и др. Необходимые размеры перемычек обусловливаются про­ тяженностью перекрываемого выработанного пространства и давле­ нием, которое может быть передано на перемычки. Конструкция отшивок подбирается опытным путем. Простейший вариант выпол­ няется в виде отшивки из стоек, рядов проволоки между ними и натянутого на них полотна (рис. 76, а и б).

Уплотнение песчаного закладочного массива происходит быстро за счет гравитационных сил фильтрации. Качество закладочных работ характеризуется коэффициентом заполнения выработанного пространства, который выражает отношение объема поданного закла­ дочного материала в разрыхленном состоянии к объему выработан­

168

ного пространства, подлежащего заполнению закладкой. Для мас­ сива из песка максимальное значение коэффициента заполнения достигает 0,95, а в среднем 0,85—0,9.

Коэффициент заполнения зависит от свойств применяемого закла­ дочного материала. Мелкозернистые частицы породы гидросмеси подвижны, в то время как кусковые породы очень быстро выпадают из смеси. Поэтому удельный расход закладочного .материала на 1 т

Закладываемое пространство тщательно отшивается обрезными досками. Для повторного использования старой отшивки доски прикрепляют со стороны забоя. Канавы и деревянные желобы для стока воды в лаве не устраиваются. Вода стекает по почве в отстой­ ники, пройденные по углю. Вынос шлама в шахтный водосборник не превышает 3—4%.

Усадка закладочного массива составляет около 20%. Произво­ дительность установки с трубами диаметром 175 мм около 80 м3/ч. Большим недостатком этого вида закладочного материала является

169