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

производительность машины до 24 м3/ч. Общий расход свободного воздуха 1 (включая пневмодвигатель) в зависимости от длины ствола составляет от 41 до 64 м3 на 1 м3 объема заложенного материа­ ла при давлении сжатого воздуха в ресивере 5,3—6,4 кгс/см2.

В наибольшей степени изнашивается первая труба от казенника (долговечность трубы оценивается пропуском около 3,8 тыс. м3 материала). Замена всех труб производится после пропуска 23— 30 тыс. м3 материала.

Опыты с «выстреливанием» пробок закладочного материала крупностью до 80 мм со значительным содержанием глинистой мелочи из трубопровода диаметром 150 мм свидетельствуют о принципиаль­ ной возмоншости применения такой закладочной машины на корен­ ных горных породах типа глинистых сланцев и песчаников. При наличии в материале глинистых примесей возможно возведение закладочного массива большой плотности.

Недостаток таких машин — невозможность обеспечения мане­ вренной механизированной закладки по трубопроводам значительной протяженности. Такие машины целесообразно применять для воз­

ведения искусственных целиков при необходимости создания моно­

литноЗагрузочныеустройстванепрерывнгоипериодическгодействияо акладочного массива. Возм жна ц ментная д бавка. .

Для упрощения схемы пневматического способа закладки в особых условиях ведения работ (погашение выработок, подбутовка бортов лав и т. п.) ИГД им. А. А. Скочинского и КузНИУИ [89, 90] были созданы простейшие загрузочныеаябустройства непрерывного и перио­ дического действия. На рис. 93, приведены конструкции загру­

Загрузочная воронка11, с соплом подключается к пневматической сети через12,штуцер а к водопроводной сети6— через полое7.кольцо (трубку) укрепленное на стыке конуса и цилиндра Первые экземпляры загрузочного устройства с соплом изготовлялись из отрезков металлических труб и листовой стали толщиной около 3 мм.

Поступающий из сети сжатый воздух проходит через круговое сопло (щель 0,8—1,8 мм), образуемое свободно перемещаемым кону­

1 Под свободным воздухом понимают воздух при давлении 1,033 кгс/см2 и температуре 10° С.

20 0

сом 5и неподвижным конусом 6, получает большую скорость, реа

10 м8/ч и крупности материала

80—100 мм.

Рис. 93. Пневматические загрузочные устройства непрерывного действия: а — С кольцевым соплом; б — с цилиндрическим соплом

Загрузочное устройство может работать с подсосом воздуха через воронку (подобно эжектору), без подсоса или выбивания через нее воздуха и с выбиванием воздуха. Для того, чтобы воздушная

201

т. о. следует вести работу на режиме «запирания», что достигается регулированием зазора кольцевого канала сопла и равномерной подачей закладочного материала.

Закладочное устройство размещается в выработке у конвейера или под восстающим, откуда через затвор порода самотеком по желобу поступает в приемную воронку. Закладочная установка обслужи­ вается одним человеком. Протяженность рабочего трубопровода достигает 50—00 м при двух кривых с углом поворота 90°. В этих условиях при использовании воздуха рудничной сети достигается производительность установки 8 м3/ч, а средняя 5—6 м3/ч при рас­ ходе воздуха около 15—18 м3/мин.

Опыт показал, что устройства описанного типа просты в обслу­ живании и надежны в действии.

Загрузочные устройства при дальности пневматического транс­ портирования до 120—150 м выполняют по схеме рис. 93, б. На ш. «Коксовая-1» закладочный материал в виде глинистых и песчаных сланцев крупностью до 80 мм подавался к установке из бункера1, по металлическому желобу2 (самотеком) в приемную воронку откуда 3через. патрубок свободной струей поступал в камеру сме­ шения В камере смешения порода4, подхватывалась струей сжатого5 воздуха, вытекающей из сопла6. и направлялась через диффузор в рабочий7трубопровод Сжатый воздух подавался по воздухо­ проводу через вентиль (или другой дроссель).

Было испытано несколько загрузочных устройств, отличавшихся размерами приемного патрубка, камеры смешения и диффузора с соплами различных диаметров. Испытания показали, что наялучшие результаты дает загрузочная воронка с размерами, указанными на рис. 93, б, с соплом диаметром 25 мм и при диаметре трубопро­ вода 150—175 мм.

Устойчивая работа установки обеспечивается при производи­ тельности 14—17 м3/ч с расходом свободного воздуха 180—200 м3/м3 закладочного материала и давлении в воздухопроводе перед соплом от 2,5 до 4 кгс/см2. Дальность выброса закладочного материала 10—

20м.

Важным условием надежной и устойчивой работы загрузочной

воронки без выбивания воздушной струи является обеспечение равномерного питания закладочным материалом, который должен подаваться непрерывной струей свободным падением до камеры сме­ шения (образование затора, т. е. сплошная загрузка приемной воронки не допускается).

На практике, как уже отмечалось, при самотечном способе закладочных работ в очистных забоях наклонных пластов приме­ няют трубопроводы с пневматическими муфтами, легко встраивае­ мыми в систему самотечной подачи породы.

Расчетная производительность установки приблизительно 25— 30 м3/ч, однако фактическая производительность ниже, так как трудно обеспечить необходимую загрузку эжектора породой. Тех­ нические данные установки следующие: крупность транспортиру­

202

емых кусков породы 200x200x300 мм, максимальная длина транс­ портирования 30—40 м, диаметр трубопровода 350 мм.

Установки подобного типа («Шварц») с малогабаритной воздухо­ дувкой (давление 0,7 кгс/см2) применяют в Англии на выкладке бутовых полос [92].

Рис. 94. Загрузочное устройство периодического действия

Применение описанных малогабаритных устройств в сочетании с гидротранспортом может быть целесообразно и для подбутовки бортов лав, а также при погашении выработок под ответственными

сооружеКонструктивнаясхемазагрузочнгоустройствапериодическгоиями на повер ности.

действия(предложение П. Г. Михайлова) представлена на рис. 94. Принцип действия устройства заключается в периодически повто­ ряющихся циклах загрузки приемной камеры породой и выдувании его в трубопровод сжатым воздухом.

203

Закладочный материал1, поступает с конвейера2., питателя или по течке в воронку а затем в приемную камеру Для обеспечения загрузки определенной дозы материала в камеру и герметического перекрытия ее во время выдувания материала предусматривается затвор, конструкция которого аналогична герметическим затворам камер машины ПЗМ-1м. 4

Сжатый воздух из воздухопровода используется только на выду­ вание материала из камеры и транспортирование его по рабочему трубопроводу. В период загрузки воздухопровод6. перекрывается с помощью быстродействующего клапана Истечение5 воздуха в ка­ меру осуществляется через сопло. Конфузор служит для обеспе­ чения равномерного выдувания материала в трубопровод.

Действие затвора 7 и быстродействующего клапана на воздухо­ проводе осуществляется8,автоматически с помощью воздухораспреде­ лительного устройства приводимого в действие от пневматического или электрического двигателя9. мощностью не более 1 кВт и монти­ руемого на общей раме Продолжительность цикла 14 с.

Опытпо-промышленными работами установлено, что при емкости камеры 150 л и диаметре труб 150 мм производительность уста­ новки 35 м3/ч достигается при сопле диаметром 45—55 мм (при длине трубопровода 150 м с двумя коленами под углом 90°); наиболее экономичный режим работы при удельном расходе воздуха около

80м3/м3 и давлении около 4 кгс/см2.

Впроцессе опытно-промышленных работ испытано загрузочное

устройство периодического действия с уменьшенными габаритами в сочетании с воздухосборником и коротким трубопроводом дли­ ной 20—30 м. Опытный образец подключался к рабочему трубопро­ воду с трубами диаметром 175 мм и длиной 16, 24 и 51 м, выполнен­ ному в виде прямолинейной трассы. Объем порции дробленого мате­ риала, загружаемого за один цикл, был принят равным 50 л, диа­ метр приемной воронки камеры 250 мм, продолжительность цикла 6 с, что обеспечивало производительность установки 30 м3/ч. Удельный расход воздуха зависит от длины трубопровода и составляет при длине 16 м — 35 м3/м3, а при длине трубопровода 51 м — 60 м3/м3.

Для приведенных выше значений удельного расхода воздуха при давлении в сети 5 кгс/см2 объем воздухосборника должен быть равен соответственно 0,4 и 0,7 м3.

Загрузочное устройство периодического действия в сочетании с воздухосборником является малогабаритным устройством, пред­ назначенным для выполнения транспортных операций по переме­ щению и укладке материала на расстоянии до 50—60 м. Область применения установки — возведение искусственных целиков, воз­

духонепОборудваниедлямеханизированыхзабоевониц емых пер мычек, пог шение выработок и т. п.

(с комплексами) при пневмозакладке включает: элементы конструкции для одновремен­ ной с крепью передвижки забойного участка трубопровода, выпуск­ ные устройства и телескопические трубы с дистанционным управле­ нием.

204

На рис. 95, априведена характерная конструктивная схема элементов конструкции для закрепления и передвижки забойного участка трубопровода и выпускного устройства вместе с механизи­ рованной крепью. Опорная конструкция крепится на ограждении каждого второго комплекта крепи. Трубопровод через каждые 4,5 м оборудуется дистанционно управляемыми устройствами для бокового выпуска породы. Они выполняются в виде патрубка, вставляемого

в трубопровод. Такая конструкция успешно применена на шахте «Саксен» в ФРГ.

На некоторых шахтах применяют выпускные патрубки, выпол­ ненные из прямого отрезка трубы и тупоугольного колена. Они жестко связываются между собой и могут поворачиваться. В месте

Рис. 95. Опорные конструкции для трубопровода:

а — жесткая; б — гибкая; 1 — лыжа; г — выпускной патрубок; з — гидроцилиндр; 4 — крепь; .5 — звено трубы; в — консоль; 7 — массив

подключения колена вынимается звено трубы (рис. 95, б).В этом случае забойный трубопровод подвешивается к крепи.

На сопряжении лавы со штреком в трубопровод монтируются обычно две телескопические трубы, встраиваемые перед коленом, что допускает передвижку трубопровода в процессе закладки (рис. 96). В штрековой части трубопровода предусматривается раз­

мещение 2—3 шарниров, позволяющих трубопроводу отклоняться

подЭксплуатационныехарактеристикизакладочныхмашиндав ением сжатого воздуха до 10°. .Основ­

ное достоинство закладочных машин камерного типа состоит в том, что они допускают использование как мелкокускового, так и мате­ риала с наибольшими размерами кусков — до 100 мм (средний раз­ мер кусков 30—60 мм). Глинистые примеси, в некоторых случаях желательные в закладочном материале для уменьшения износа труб и повышения плотности закладочного массива, могут допу­ скаться в количестве до 10—15%. Это не относится только к одно­ камерным машинам с высокой камерой, при использовании которых во избежание слеживания не следует допускать в закладочном мате­ риале глинистых примесей.

При работе двух и трех камерных машин на кусковом материале допустимо (для уменьшения износа) предварительное увлажнение

205

породы до 3 %. Однако при работе на закладочных материалах с со­ держанием влаги более 2—3 % и при наличии большого количества мелочи сланцевых пород глинистые примеси нежелательны. Частицы сланцевых пород крупностью до 3—5 мм при значительном увлажне­ нии налипают на стенки труб.

В отношении кусковатостп и твердости закладочного материала, которая ограничивается лишь условиями пневмотранспорта, ка­ мерные машины особых требований но предъявляют. Отметим, что камерные машины имеют значительно меньшие утечки воздуха, чем барабанные. Поэтому при расстоянии транспортирования по горизонтали более 300—400 м и сложной конфигурации трассы пред­ почтение отдают камерным машинам.

1 — труба; 2 — раздвижные цилиндры; 3 — переходной конус; 4 — быстро­ разъемное соединение

Однокамерные машины применяются для стационарных устано­ вок. Они обслуживают обычно несколько забоев. Работа установок с одной позиции рассчитана на 3—5 лет. Установка размещается под бункером емкостью 50—70—150 м3 и более. Производительность установок с однокамерной машиной при благоприятной трассе тру­ бопровода достигает 110 м3/ч. Удельный расход свободного воздуха

80—100 м3/м3 породы.

Необходимость устройства бункера является существенным недо­ статком закладочных машин однокамерного типа. Обычно их при­ меняют, если имеется возможность оборудовать установку с бунке­ ром в старых неиспользуемых выработках (гезенках и стволах шахт). Вместе с тем однокамерная машина выгодно отличается от двух­ камерной и трехкамерной простотой устройства и обслуживания. Длина трубопровода пневмотранспорта достигает 1100 м и более.

При работе закладочной установки с двухкамерной машиной автоматического действия достигается почти полная герметичность установки. Производительность закладочной установки с новыми образцами машин — 80—100 м3 рядового (дробленого) закладочного материала при длине транспортирования в среднем около 400—500 м с числом закруглений до пяти. Удельный расход свободного воздуха

206

равен в среднем 100—120 м3 на 1 м3 породы; при благоприятных трассах 80—100 м3/м3.

Срок службы двухкамерной машины пять и более лет; текущий ремонт заключается в замене резиновых прокладок у затворов шлюзовых камер, а также в ремонте распределительной системы. Капитальный ремонт машины при использовании твердой дробленой породы состоит в замене через 1 — 1,5 г нижнего цилиндрического звена корпуса и редуктора. Наличие дозирующего механизма с во­ семью ячейками (скорость вращения в среднем 20 об/мин), а также воздействие струи сжатого воздуха, проникающего через толщу за­ кладочного материала в ячейки колеса, способствуют тому, что в двухкамерной машине, как и в однокамерной и трехкамерной, материал входит в закладочный трубопровод сравнительно равно­ мерно, достаточно разрыхленным струей воздуха. Благодаря этому свойству машины, а также вследствие достаточно полной герметиза­ ции и достигается в основном большой радиус действия камерных машин.

Наполнение двухкамерной машины материалом должно точно регулироваться ввиду опасности переполнения камер, которое может вызвать закупорку трубопровода, особенно в коленах. Это относится также к регулированию при помощи вентиля подачи сжатого воздуха для транспортирования материала. Поскольку это регулирование осуществляется иногда еще вручную, оно зависит от опытности машиниста. Учитывая это, необходимо предусматривать автомати­ ческое регулирование подачи воздуха в закладочную машину.

В трехкамерной машине в значительной мере устраняется опас­ ность переполнения нижней камеры и повреждения верхней за­ движки, которая в этой машине не имеет прокладки. Однако такая машина сложнее, чем двухкамерная, и размеры ее по высоте больше. При равной производительности двухкамерной и трехкамерной машин последняя более надежна в работе и легче управляема. Следует отметить, что при автоматическом регулировании загрузки материала указанные преимущества трехкамерных машин перед двухкамерными менее значительны. Поэтому они большого распро­ странения не получили.

Барабанные закладочные машины, как отмечалось, имеют, как правило, производительность от 25 до 150 м3/ч. Машины малой произ­ водительности (до 25 м3/ч) имеют небольшой радиус действия (100— 200 м) и применяются в особых горнотехнических условиях.

Достоинством машин барабанного типа является широкий диапа­ зон производительности. При разных условиях работы удельный расход воздуха 60—150 м3 на 1 м3 породы и при рабочем давлении в трубопроводе до 2,5—3 кгс/см2 (длина закладочного трубопровода около 300 м при трех коленах). Удельный расход воздуха в анало­ гичных условиях выше, чем у камерных машин, вследствие утечек, достигающих по мере износа поверхностей барабана и кожуха 15—30% потребляемого количества воздуха (в новейших машинах вредное влияние износа значительно снижено).

207

Для закладочных установок с барабанными .машинами макси­ мальная длина транспортирования по трубам составляет 400—500 м, а средняя 250—300 м. Меньший радиус действия барабанных машин по сравнению с машинами камерного типа в значительной степени объясняется наличием в них потерь сжатого воздуха, возрастающих не только с увеличением зазора между барабаном и вкладышами кожуха, но и давления воздуха, которое не следует поэтому прини­

мать повышенным.

Машины барабанного типа применяют при простых трассах тру­ бопровода. При большом числе колен (более 3—5) производитель­ ность резко снижается. В машинах с цилиндрическим и коническим барабаном имеет место «перерезание» потока загружаемого закла­ дочного материала лопастями барабана, а также трение материала о щеки. Поэтому такие машины могут эффективно работать только при подаче относительно нетвердых и некрупнокусковых материалов. При использовании крупнокускового песчаника, котельных шлаков и др. применение барабанных машин не рекомендуется.

Закладочные машины с вертикальным барабаном (в частности, БПЗМ-2м) имеют полые сквозные ячейки, поэтому их можно приме­ нять при крупнокусковых материалах. Выдув из ячеек кусков по­ роды происходит аналогично ячейковому колесу камерных машин. Несоблюдение требований к закладочному материалу по ограниче­ нию крупности кусков приводит в барабанных машинах к неполному заполнению относительно малых по объему ячеек и к резкому сни­ жению производительности.

Обычно при применении барабанных машин в качестве закладоч­ ного материала используют отходы угломоек и сортировок, пред­ ставляющие в основном сланцевые породы невысокой твердости. Машины с коническим барабаном обеспечивают большую герметиза­ цию установки, чем машины с цилиндрическим барабаном, так как в них лучше регулируется зазор между барабаном и ко­ жухом.

Срок службы машин барабанного типа до капитального ремонта в среднем б месяцев. Капитальный ремонт состоит в наваривании металлом поверхности барабана или щек, а иногда и в замене всего барабана.

Для уменьшения износа и увеличения срока службы закладоч­ ных машин барабаны необходимо изготовлять из особо твердой и прочной стали, например хромомолибденовой, а вкладыш кожуха из хромистой стали. Для избежания потерь времени на смену срез­ ных шпилек на муфтах, включаемых в передачу от двигателя к бара­ бану, следует устанавливать фрикционную муфту, предохраня­ ющую конструкцию от поломок при защемлении между барабаном и кожухом твердых инородных предметов и крупных кусков породы. Двигатель должен допускать реверсирование машины.

Одним из основных достоинств закладочных машин с дозирующим барабаном следует считать их сравнительно малые размеры, позво­ ляющие устанавливать эти машины в выработках небольшого сече­

208

ния и передвигать вслед за забоем, а также относительная простота устройства и обслуживания. Этим объясняется широкое распростра­ нение барабанных машин за рубежом.

Пневматический транспорт. Эффективная работа пневматиче­ ских закладочных установок определяется двумя факторами: про­ пускной способностью закладочной машины, служащей для пневма­ тической системы шлюзующим питателем, и производительностью пневматического транспортирования по трубопроводу.

Показатели работы описанных закладочных машин определяются

итем, насколько равномерно и в достаточном количестве подаются закладочные материалы в машину. Для машин с цилиндрическим

иконическим барабанами имеет существенное значение давление

повышении давления в начале трубопровода. Машины со сквозными ячейками не имеют такого недостатка.

Однако эффективность работы закладочных установок находится и в прямой зависимости от режима пневматического транспортиро­ вания закладочных материалов. Сколь ни велика пропускная способ­ ность закладочной машины, показатели работы установки в конеч­ ном итоге определяются производительностью пневматического транс­ порта. Последняя определяется в основном тремя факторами: диа­ метром закладочного трубопровода, скоростью воздушного потока (а следовательно, скоростью движения материала в трубах) и видом закладочного материала.

При увеличении диаметра трубопровода производительность пневматического транспортирования может быть повышена, но при этом увеличивается общий расход воздуха. Опыт показывает, что при производительности закладочной машины до 60—70 м3/ч сле­ дует применять трубы диаметром 150 мм; при производительности

225 мм.

Следует отметить, что в условиях сложной конфигурации рабо­ чего трубопровода (значительное число поворотов) целесообразно применять трубы большего диаметра, обеспечивающие более надеж­ ное (от закупорок) транспортирование материала и в конечном итоге меньшие затраты энергии. В этих условиях лучше использовать сжатый воздух от специальной компрессорной.

Как и гидравлическое, пневматическое транспортирование осу­ ществляется при рабочей скорости, более или равной критической. Мелкозернистые и кусковые материалы движутся в воздушном потоке в результате прерывного взвешивания (скачкообразно); при этом наиболее крупные куски, особенно плоские, при перемещении волочатся по дну трубы. Увеличение скорости воздушного потока при прочих одинаковых условиях вызывает повышение расхода энергии на транспортирование материала, сокращает срок службы трубопровода и его арматуры.