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

боковых пород, возникают гидростатические силы, которые могут разрушить перемычки, удерживающие закладку. Закладочные .мате­ риалы, представленные тонкодисперсной фракцией, имеют малую скорость фильтрации. По мере возведения закладочного массива вода собирается на поверхности закладки в отстойных прудах, где осаждается основная масса твердых частиц размером больше 0,1 мм; устройство фильтрующих перемычек и дренажных труб обеспечивает незначительный вынос мелких фракций (от 3 до 5—7%) при содержа­ нии ила в воде до 3 г/л, однако при недостаточно тщательном выполне­ нии фильтрующих и дренажных устройств вынос шламов может доходить до 17% и больше.

Крупнозернистые и кусковые материалы обладают высокими фильтрационными свойствами. При намыве закладочного массива из крупнозернистых и кусковых материалов в выработанном про­ странстве не образуется отстойных прудков. Вода сразу же с большой скоростью проходит через закладочный массив и движется в нем до встречи с ограждением. В связи с этим возникает опасность раз­ рушения ограждающих перемычек вследствие большого напора воды. Поэтому в забое должны предусматриваться фильтрующие и дренаж­ ные устройства, обеспечивающие быстрый сброс воды.

Для осветления воды, как отмечалось ранее, применяют отстой­ ники. Они подразделяются: по месту расположения — на поверх­ ностные и подземные; по сроку службы — на стационарные и вре­ менные; по режиму процесса отстоя — на непрерывные и периоди­ чески действующие. Стационарные отстойники расположены обычно у околоствольного двора; они представляют собой закрепленные бетоном выработки, разделенные на секции. В одну секцию посту­ пает загрязненная вода, в другой происходит отстой воды, а в третьей убирают шлам.

Распространены временные водосборные штреки, в том числе полевые, проводимые на 3—4 м ниже откаточных. Водосборный штрек имеет сечение 6—7 м2 и сбивается восстающим с основ­ ным штреком. Скорость воды в отстойниках должна быть менее 0,85 м/с. Для дренажа необходимы достаточно глубокие и широкие канавы. В главных выработках канавы бетонируются и закрываются. У ствола они соединяются с водосборником.

На практике пробуют вести закладочные работы без подземных отстойников ввиду того, что отстойные сооружения громоздки, а их обслуживание трудоемко. Поэтому даже за счет усложнения работ в забое стремятся ограничивать до минимума вынос мелких фракций закладки. Для этого устраивают специальные фильтрующие пере­ мычки обеспечивающие отстой воды в нижних слоях закладочного массива, что достигается прокладкой в массиве дренажных труб. Это обеспечивает регулирование потока воды через закладку. Для обеспечения отложения частиц размером более 0,05 мм в закладоч­ ном массиве из крупнозернистого материала достаточно, чтобы в мас­ сиве поддерживалась высота зоны отстоя около 5 м.

Опыт показывает, что обычными центробежными насосами можно откачивать шлам с размером частиц менее 0,05 мм. Применение

180

футерованного рабочего колеса обеспечивает более длительную эф­ фективную эксплуатацию насоса.

Технико-экономические показатели. Основными элементами рас­ ходов при гидравлической закладке являются: добыча и приготовле­ ние закладочных материалов, транспорт, амортизация закладочного оборудования и расходы на водоотлив. Технико-экономические показатели зависят от местных условий: наличия дешевого закладоч­ ного материала, совершенства применяемого закладочного оборудо­ вания, производственной мощности закладочного хозяйства и т. п.

В угольных шахтах производительность гидравлических закла­ дочных установок составляет от 40 до 200 м3/ч и более твердого при расходе воды 1,5—2,5 м3 на 1 м3 песка или шихты. Производительность труда по закладке от 15—25 до 75 м3/чел-смену. В рудниках произво­ дительность установок составляет от 20—25 до 100 м3, а достигнутая производительность труда от 10—20 до 50 м3/чел-смену.

При гидравлической закладке песками достигается производи­ тельность труда подземного рабочего на угольных шахтах до 10—12 т угля на 1 чел-смену, на рудниках при системах с открытым забоем — до 20—25 т, а при слоевых — до 10—15 т руды на 1 чел-смену. На рудниках при системах с креплением и закладкой осуществляется переход на крепление штангами и гидрозакладку. Это снижает себестоимость добычи на 30%, увеличивает производительность труда рабочих примерно иа 50%.

В определенных условиях для заполнения пустот можно исполь­ зовать вскрышные породы. Положительный опыт использования вскрыши в виде аллювиальных отложений получен на Зыряновском руднике [86], где стоимость 1 м3 закладки составила 1 р. 09 к. при производительности по закладке до 120 м3/чел-смену.

Стоимость 1 м3 закладочного массива при налаженной работе закладочных комплексов распределяется по отдельным элементам примерно следующим образом (коп.):

И т о г о . . . 65—145

Следует отметить, что на угольных шахтах стоимость возведе­ ния 1 м3 закладочного массива из дробленых горных пород (в Куз­ бассе) — до 2—2,5 руб. Так, на ш. «Коксовая» на закладочных комплексах производительность установок составляет в среднем за чистое время работы около 80—85 м3/ч при расходе воды около 6 м3 на 1 м3 породы, а себестоимость гидрозакладкиК=—около 1,5—1,7 руб/т. Коэффициент использования установок 0,25—0,3; трудоемкость

45—50 чел-смен на 1000 т.

181

Обычно при кусковых породах стоимость 1 м3 уложенного п выра­ ботанное пространство закладочного материала складывается при­ близительно из следующих элементов (руб.):

Повышенный по сравнению с мелкими материалами расход воды на гидравлическое транспортирование, а также большой объем работ по приготовлению закладки (особенно по дроблению породы) обусловливают высокий расход энергии, который достигает 2 кВт-ч на 1 м3 материала и больше; стоимость дробления 1 м3 породы в дро­ бильной установке производительностью 40—50 тыс. м3 в месяц составляет около 0,3 руб.

Наилучшие результаты в отношении экономичности ведения закладочных работ характерны для рудников и шахт, где оборудованы высокопроизводительные закладочные комплексы, а в качестве закладочных материалов используют песок или хвосты обогатитель­ ных фабрик. Ведение горных работ с закладкой во многих случаях бывает оправдано в экономическом отношении; в неблагоприятных условиях повышение расходов составляет 10—15%. Значения К = = 0,6—07.

Удельный вес расходов на добычу и транспортирование песка не превышает в среднем 40% от общих затрат по закладке. В расхо­ дах главную статью (около 50%) составляют затраты труда, электро­ энергии и амортизация установок. При тщательном выполнении фильтрующих и дренажных устройств расходы на водоотлив соста­ вляют 3—5%. В этих условиях характерны следующие показатели трудоемкости на 1000 т: по обслуживанию трубопроводов 10 чел-смеіг, по возведению массива 15 чел-смен и водоотстойному хозяйству 6 чел-смен.

Применение в качестве закладочных материалов хвостов обога­ тительных фабрик или породы из отвалов дает воможность свести до минимума затраты на приготовление закладочного материала. Ниже приведены удельные расходы по статьям на укладку в закладоч­ ный массив 1 м3 хвостов (в% от общей стоимости):

Плотность закладочного массива зависит от вида закладочного материала, его гранулометрического состава, пористости и структуры грунтового скелета. В связи с этим величина усадки закладки колеб­

182

лется в пределах от 10 до 30%. Наибольшая усадка закладочного материала характерна для дробленых пород, а наименьшая — для песка. При этом осадка налегающих пород в значительной степени определяется полнотой заполнения выработанного пространства и степенью уплотнения материала. Прочность закладочного массива колеблется для разных материалов [86] от 5—10 до 100 кгс/см2 (при цементации).

При надлежащем ведении горных работ с полной закладкой коэф­ фициент заполнения выработанного пространства (отношение объ­ ема закладочного массива в насыпке к объему пустот выработанного пространства) должен быть возможно большим (около 0,9), расход закладочного материала на 1 м3 рудной массы составляет обычно 0,7—0,8 м3. Измерения показывают, что песчаный закладочный массив, уложенный в полном объеме на глубине 35—50 м, дает усадку в 1—2%, на глубине 150 м—до 3%, на глубине 250—300 м — 5—7%,

а на глубине 700 м ■— около 10%.

4. Пневматическая закладка

Пневматическая закладка основана на использовании энергии струи сжатого воздуха для перемещения закладочных материалов и забрасывания их в выработанное пространство. Куски и частицы закладочных материалов с помощью закладочных машин вводятся в струю сжатого воздуха, движущуюся со значительной скоростью к трубопроводе. Перемещаясь в трубопроводе, куски породы примерно одинаковой крупности приобретают одинаковую скорость вылета (куски размером 30 мм имеют скорость около 30—40 м/с); большая скорость вылета обусловливает высокую плотность закладочного массива.

Пневматическая закладка находит применение при разработке угольных и рудных месторождений слоевыми системами. В наиболь­ шей степени она освоена на шахтах Кузбасса, а в последнее время осваивается в Донбассе и в горнорудной промышленности.

При этом способе закладки достигается высокая производитель­ ность, простота и маневренность транспортирования материалов, вследствие чего пневматическая закладка легко увязывается с раз­ личными механизированными комплексами в забое. Она имеет значительные преимущества в шахтах, опасных по газу.

Для пневматической, так же как и механической, закладки наибо­ лее подходящими материалами являются не слишком абразивные дробленые до 60—80 мм коренные породы (сланцы, известняки, мергель, доломиты и др.). коэффициент крепости которых не выше 8—10 по шкале проф. М. М. Протодьяконова. При увлажнении материала свыше 4—6% желателен отсев избыточного количества частиц крупностью 0—3 мм (более 15%). В смеси со сланцами исполь­ зуют шлаки котельных, глину (до 10—15%), породы отвалов и другие материалы, не имеющие сильно выраженных абразивных свойств. Целесообразно содержание класса 10—20 мм около 30%, остальное—

183

класса 20—50 мм. Для повышения плотности закладочного массива возможна присадка глины около 10%

О с н о в н ы е н е д о с т а т к и п н е в м а т и ч е с к о й з а к л а д к и : в ы с о к и й р а с х о д э н е р г и и , п о в ы ш е н н ы е т р е б о в а н и я к к а ч е с т в у м а т е р и а л о в , о с о б е н н о в о т н о ш е н и и с о д е р ж а н и я в н и х г л и н и с т ы х п р и м е с е й и в л а г и ( п р и с л о ж н ы х т р а с с а х ) , б ы с т р ы й и з н о с т р у б о п р о в о д а и е г о а р м а т у р ы

из н а ч и т е л ь н о е п ы л е о б р а з о в а п и е .

Технологические схемы. П р и п н е в м а т и ч е с к о й з а к л а д к е в с т р е ­

ч а ю т с я с л е д у ю щ и е т е х н о л о г и ч е с к и е с х е м ы у с т а н о в о к .

]) с расположением закладочной машины на поверхности или под породоспускными устройствами при наличии трубопровода значительной протяженности и большом сроке работыб)',23машины с одной позиции (стационарные установки, рис. 82, и

Рис. 82. Стационарная пневматическая закладочная установка:

а — под бункером; б — под породоопускными трубами; 1 — питатель; 2 — породоспускная труба с амортизатором; з — ленточный конвейер; 4 — закладочная машина П ЗМ -1 м ; 5 — распыляющие насадки; 6 — подача воды к насадкам; 7 — водопровод

2)с расположением закладочной машины вблизи очистных за­ боев, сравнительно короткими трубопроводами и небольшим сроком работы с одной позиции (полустационарные установки);

3)с расположением закладочной машины вблизи или в очистных забоях и передвижкой ее по мере возведения закладочного массива (передвижные установки).

Применение технологических схем со стационарными и полуста-

ционарными установками наиболее целесообразно в условиях сложной геометрии выработок, а также в условиях большой загруженности общешахтного транспорта. При этих технологических схемах дости­ гается независимая от подземных цехов работа по закладке в преде­ лах крыла шахтного поля или выемочного участка.

Применение технологических схем с полустационарными (рис. 83) или передвижными закладочными установками всегда связано со стре­ млением снизить расходы на транспортирование закладочных мате­ риалов (если имеется возможность использовать ленточные конвейеры

184

или другое транспортное оборудование). С увеличением длины трубо­ провода и усложнением трассы возрастает удельный расход воздуха.

Технологическая схема при механизированных комплексах в лавах выполняется с полустационарными установками. Отличи­ тельной ее особенностью является использование в лаве передвиж­ ного участка трубопровода, закрепленного на несущей конструкции механизированной крепи. При возведении закладочного массива по этой схеме не производится обычного в технологии пневмозакладки укорачивания и последующего монтажа участка забойного трубо­ провода; укладка породы ведется при фронтальном выпуске мате­ риала с использованием поворотных устройств (рис. 84, а и б).

Оборудование. Пневматическая закладочная установка состоит из закладочной машины и закладочного трубопровода, а также вспомогательного оборудования (питателей, бункеров, водопровода для орошения, средств управления, сигнализации и регулирования).

ІI:

Рис. 83. Полустационарная пневматическая закладочная установка:

1 — закладочная машина; 2 и з — трубопровод сжатого воздуха; 4 — опрокид; 5 — конвеііер-

Пневматические закладочные машины, помимо «шлюзования» материала в напорный трубопровод, обеспечивают равномерную подачу и регулирование количества его. По способу действия их можно разделить на две группы: машины цикличного действия и машины непрерывного действия (или почти непрерывного).

В машинах первой группы (камерных) имеются, как правило, одна, две или три камеры. В двухкамерных и трехкамерных маши­ нах верхняя камера загружается закладочным материалом из рас­ положенного над ней бункера или непосредственно — конвейером или питателем. В этих машинах сверху камер устраиваются автомати­ ческие действующие герметические затворы, последовательно откры­ вающиеся и закрывающиеся. С помощью их выполняются рабочие движения по определенному циклу; это обеспечивает перепускание определенного количества материала в рабочий трубопровод, изоли­ рованный от окружающей атмосферы. В однокамерных машинах количество циклов в час по загрузке и перепуску материала зависит от емкости камеры.

В машинах второй группы (барабанных) имеется вращающиийся ячейковый дозирующий барабан, расположенный над рабочим трубопроводом в месте его питания. Загружаемый в воронку мате­ риал заполняет ячейки барабана и при его вращении пересыпается в трубопровод. К этой группе можно отнести и машины эжекторного

185

типа (загрузочные воронки), питатели возвратно-поступательного

действияКонструктивныеособеностизакладочныхмашини др. .К а м е р и ы е

м а ш и н ы. Современными моделями камерного типа являются

однокамерная, двухкамерная и трехкамерпая машины (две послед-

а

Рис. 84. Технологическая схема пневмозакладкн при механизированных ком­ плексах:

ние — автоматические). В начальный период применения однока­ мерных машин роль затвора, обеспечивающего их герметичность, вы­ полнял столб закладочного материала в породном бункере над маши­ ной. Однако на такой установке все же происходят потери воздуха, возрастающие по мере снижения слоя материала в бункере (при столбе породы 15 м потери достигают 8—10%).

Однокамерные машины выполняют с закрытой камерой, смонти­ рованной над выпускным устройством 1 бункера (рис. 85). Основными

186

элементами этой машины являются камера3, 2,перекрытая в верх4.­ ней части герметической задвижкой и дозирующий механизм

выполненный в виде колеса с восемвю ячейками (подобно двухкамер­ ной машине); это колесо вращается

ные машины типа ПЗМ-1м (принципиальная схема ее аналогична

откуда в смеси с закладочным материалом поступает в закладочный2 трубопровод. При загрузке закладочного материала в камере устанавливается атмосферное давление, а при перепуске материала

187

из камеры 2в камеру 3в первой из них устанавливается давление, равное давлению воздуха в нижней камере. Работа машины регули­ руется периодическим закрыванием и открыванием затворов от

Рис. 86. Двухкамерная пневматическая закладочная машина

пневматических цилиндров 4,приводимых в действие через распреде­ лительное устройство. В минуту на машине ПЗМ-1м осуществляется 8—9 циклов по загрузке и6перепуску закладочного материала с по­ мощью ячейкового колеса пневмодвигателем 7.

188

Число циклов регулируется распределительны:« устройством 8. Кулачковый вал распределительного устройства, управляющий 14 клапанами, обеспечивающими впуск воздуха в шланги цилиндров, приводится в движение через редуктор от двигателя машины. При этом скорость вращения кулачкового вала находится в определенно.« соотношении со скоростью вращения ячейкового колеса. С помощью

(давление в рабочем трубопроводе диаметром 150 м и длиной 800 м — до 3,5 кГс/см2); двигатель электрический или пневматический мощ­ ностью до 7 кВт; размеры (длина, ширина и высота): 2,53х1,76х х2,3 м; масса 3,6 т.

Совершенствование двухкамерных закладочных машин ведется в направлении увеличения производительности (за счет повышения числа циклов по перепусканию материала из камеры в камеру при максимальном их наполнении) и улучшения эксплуатационных свойств. На рис. 86 приведена конструктивная схема последней конструкции двухкамерной машины типа «Торкрет». Модифици­ рованная модель GA фирмы «Бамаг» имеет следующую техническую

тали 1000 м, при подъеме трубопровода 15° на длине 100 м; диаметр трубопровода 175 или 200 мм; расход воздуха от 5 до 10 тыс. м3/ч; рабочее давление в начале трубопровода 2—4 кгс/см2; размеры

2,4x1, 3x1,0 м; масса 5 т.

Отличительные особенности машины по сравнению с модифика­ цией NA — большие размеры машины в ширину (диаметр ка­ мер 1,1 м), число циклов — до 14 в минуту, более надежное уплотне­ ние вала дозирующего колеса, применение качественного литья и деталей из высокопрочной стали.

Работа двухкамерной машины сопровождается частыми защемле­ ниями кусков закладочного материала в момент закрытия отверстия верхней камеры диском герметической задвижки. Куски породы по­ падают между резиновой прокладкой корпуса и диском, вследствие чего образуется щель, через которую камера сообщается с атмосфе­ рой, а диск при отсутствии избыточного давления в камере не может плотно закрыть отверстие. В таких случаях прекращается питание машины закладочным материалом и дается холостой ход.

Чтобы довести до минимума утечки сжатого воздуха и устранить перебои в работе пневматической закладочной машины из-за заще­ мления кусков породы между ее корпусом и диском верхней за­ движки, стали применять трехкамерные закладочные машины. Они отличаются от двухкамерных тем, что в них встроена еще одна ка­ мера емкостью 200 л, получающая закладочный материал из приемной

189