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

Принимается следующая технология возведения закладочного массива: укладка породы начинается вблизи почвы заходки; вдоль заходки закладывается лента длиной 7,6 м, ширина и высота кото­ рой равны примерно половине размеров заходки (что составляет четверть объема); затем трубопровод передвигают поперек заходки на том же уровне, чтобы заполнить оставшуюся нижнюю половину заходки; третье передвижение осуществляется в верхнюю четверть поперечного сечения заходки и, наконец, — в оставшуюся четверть

заходки.

Для получения более плотного массива и предотвращения пылеобразования в забое в казенник подают 4—6 л воды в минуту.

В последние годы в угольных забоях существенно модифициро­ вана организация работ по возведению закладочного массива. В длин­ ных забоях расходы на отшивку сведены до минимума. Это дости­ гается использованием передвижной перегородки (отшивки), пере­ мещаемой лебедкой [94].

Рама закладочной перегородки выполняется из труб диаметром 50 мм и устанавливается под углом к почве 60°; на раме натянут резиновый мат. Для приспособления к колебаниям мощности пласта на раме на высоте 250 мм от почвы установленаа). дополнительная лента, переставляемая по высоте (рис. 106,

В процессе ведения закладочных работ перегородку перемещают вдоль вновь проложенного трубопровода. Конструкция перегородки позволяет без особых трудностей транспортировать ее в период монтажа узла на лавном конвейере.

По мере выполнения закладочных работ, не прерывая их, отсо­ единяют секцию закладочного трубопровода, при помощи каната оттягивают ее в сторону и под защитой консоли верхняка монти­ руют на новой полосе. Одновременно став трубопровода с помощью специальной лебедки выравнивают и поднимают. Указанную работу выполняют два человека, при этом закладочные работы не прекра­ щаются. Третий рабочий передвигает закладочные рамы к конвейеру, в свободное время он выполняет вспомогательные работы.

Применение передвижной перегородки ограничено лавами с хо­ рошими горно-геологическими условиями. При наличии в лаве нарушений или при плохой кровле и почве ее применение затрудни­ тельно.

Для безопасности работы на крутых пластах в качестве предохра­ нительных и рабочих полков применяют воздушные подушки. Давление воздуха в воздушных подушках, выполненных в виде баллонов из синтетических тканей с резиновым покрытием, 0,1 — 0,5 кгс/см2. Наиболее целесообразно разделение воздушной подушки на две камеры. б

На рис. 106, показана схема применения воздушных подушек для закладочных отшивок. По мере извлечения стоек подушки пе­ редвигают вперед. Они соединены между сбой цепью или канатом. При передвижении сжатый воздух из нескольких подушек последо­ вательно выпускают до тех пор, пока их можно будет передвинуть

22 0

на новое место. Менаду отдельными подушками стыки заполняют кусками резины, соединяемыми внахлестку.

Эффективным средством борьбы с пылью при пневматической закладке является введение в закладочный трубопровод воды под напором. Количество воды, необходимое для ликвидации пылеобразования, устанавливается в каждом отдельном случае опытным путем

Рис. 106. Пневматическая закладка в лаве:

а — с гидравлическими стойками: 1 — крепь; 2 — обводной ролик; 3 — канат; 4 — закладочный трубопровод; 5 — лебедка; б — цепь; 7 — перегородка; б —

сотшивкой из воздушных подушек: 1 — подушка; 2 — цепь; з — резина

изависит от качества закладочного материала, количества в нем мелких фракций и начальной влажности материала. Рекомендуется вводить воду в трубопровод в количестве до 5 % объема материала.

На шахтах Кузбасса при введении в трубопровод воды (около 50 л/мин) концентрация пыли вблизи выхлопного конца приближа­ лась к санитарной норме.

Вода подается в рабочий трубопровод из баков под действием естественного напора. Установки с автоматическим наполнением баков и дистанционным управлением целесообразно оборудовать не­ большими шламовыми насосами. При наличии в забое водопроводной

221

сети надобность в таких установках отпадает (используется резиновый шланг с краном).

Для борьбы с пылью на перегрузочной станции применяют ороше­ ние закладочного материала водой. Наблюдения показывают, что при расходе воды около 2 % объема закладочного материала перво­ начальная концентрация пыли в воздухе у перегрузочных станций снижается на 80—90%; поэтому рекомендуется предварительное, до поступления в машину, увлажнение материала до 2—3%.

На отдельных предприятиях как у нас, так и за рубежом сделаны попытки подавать в пневматическую закладочную машину цемент­ ный раствор в количестве от 8 до 12 % для создания бетонного за­ кладочного массива. Как показал опыт, надлежащего смещения

Рис. 107. Пневматическая закладка в лавах с механизированными комплек­ сами:

а — на наклонных пластах; б — на крутых пластах; і — массив; 2 — ограждение- з — тру­ бопровод; 4 11 5 — консоли и опоры крепи; в — забой; 7 — выемочная машина

компонент в процессе перемещения и высокой плотности массива не достигается, а стоимость работ повышается на 10—45% .

В процессе работ широко используется сигнализация.

В о з в е д е н и е м а с с и в а в л а в а х с м е х а н и з и ­ р о в а н н ы м и к о м п л е к с а м и осуществляется при фрон­ тальном выпуске закладочного материала по мере передвижки крепи. В таких забоях выработанное пространство свободно от стоек и в каждой закладочной полосе не остается незаложенных пустот.

Закладочный трубопровода передвигается без разборки вместе с крепью (рис. 107, и б). Защита от пыли аналогична обычной тех­ нологии с торцовым возведением массива — достигается подвеши­ ванием переносной (джутовой) ткани и пр.

На наклонных и крутых пластах учитывается действие гравита­ ционной составляющей. Трубопровод подвешивается на канатах (талевых блоках). При крутом падении используют отшивку вплоть до кровли, при пологом — трубопровод укрепляется с помощью гидравлических цилиндров на секции крепи (см. рис. 84, б). При ослабленной непосредственной кровле применяют удлиненную (проч­ ную) заднюю консоль крепи [94].

222

Шаг подтягивания трубопровода в соответствии с шагом пере­ движки крепи принимается около 0,8 м (при раздвижке телескопи­ ческих труб в штреке). Укорачивание трубопровода в полосе обычно не производится. Благодаря боковому выпуску или использованию отклоняющего колена материал выбрасывается под углом около 20°. На включение каждого очередного выпуска затрачивается 3 мин.

Как отмечалось выше, трубы устройства для бокового выпуска монтируются на специальных муфтах, обеспечивающих самоцен­

тровку звеньев; используют дистанционное управление выпусками

(срокТехникослужбы-экономическиепоказателицен ва тся р пуском.около 1000 м3 породы). Основными элементами рас­

ходов при ведении закладочных работ являются расходы на добычу, транспортирование и приготовление закладочных материалов, амор­ тизацию транспортного и закладочного оборудования, а также расходы на производство пневматической энергии.

При наличии дешевых закладочных материалов (породы шахтных отвалов, отходы ОФ и др.) стоимость пневматической закладки опре­ деляется масштабами ведения закладочных работ, совершенством техники и четкостью организации закладочных работ.

На шахтах и рудниках производительность пневматической закладочной машины достигает 100—500 мУсмепу. При наличии де­ шевых местных материалов производительность закладочных работ составляет от 16 до 50 м3/чел-смену.

При этом расходы на выполнение отдельных операций по возве­ дению 1 м3 закладочного массива составляют (без стоимости закла­

На отдельных шахтах при укладке в выработанное пространство в среднем 300 м3 закладочного материала в смену производительность достигает 30—40 м3 на 1 чел-смену.

Один из недостатков пневматической закладки — большой расход электроэнергии на 1 м3 возводимого закладочного материала, что вызвано большим расходом сжатого воздуха, стоимость которого около 0,07—0,1 коп/м3. Энергоемкость пневматической закладки в зависимости от применяемого воздуходувного оборудования, вида закладочного материала и трассы трубопровода колеблется от 4—7 до 10—15 кВт-ч/м3. Для удешевления пневматической закладки на шахтах применяют турбокомпрессоры с давлением 6 кгс/см2 с регу­ ляторами производительности и приводом от паровых турбин.

Удельный вес расходов на амортизацию закладочного оборудова­ ния не превышает 10—15% от общих затрат на 1 м3 уложенного в выработанное пространство закладочного материала. Стоимость возведения 1 м3 закладочного массива при пневматической закладке на угольных шахтах колеблется от 6 до 15% от стоимости 1 т угля.

223

На шахтах Кузбасса полная стоимость 1 м3 уложенного в массив закладочного материала составляла 1,5—1,8 руб. Обычно стоимость 1 м3 материала (добыча, транспортирование на поверхности и приго­ товление) равна около 70—80 коп., при использовании хвостов 0,15 руб.; заработная плата — 40 коп., сжатый воздух — 35 коп.; трубы и другое оборудование — не более 20 коп.

Следует отметить, что значительные затраты на ведение закла­ дочных работ, например, в Кузбассе характерны не только для пневматического, но, как отмечалось, и для гидравлического и само­ течного методов (стоимость 1 м3 уложенного в массив материала достигает 1,8—2 руб.). Это объясняется, помимо больших расходов на материал, несовершенством транспортных коммуникаций, малой производительностью, недостаточной организацией закладочных ра­ бот (чистое время работы закладочной машины не превышает 60% от продолжительности смены).

Плотность закладочного массива при пневматической закладке и ее основной показатель — усадка материала — зависят от качества закладочных материалов и технологии ведения работ.

Примером эффективного применения пневматической закладки может служить опыт работы лав на шахтах ЧССР и ФРГ с механизи­ рованными комплексами. В таких забоях затраты на пневмооборудо­ вание пе превышают 8% от общих расходов на механизацию, в то же время применение наиболее производительных барабанных пневмозакладочных машин обеспечивает повышение в 3 раза скорости воз­ ведения массива (по сравнению с обычной технологией).

На пологих пластах с пневмозакладкой достигнута нагрузка на лаву до 2 тыс. т угля в сутки при укладке до 1,6 тыс. м3 породы; коэффициент заполнения до 0,75; трудоемкость по закладке 10— 12 чел-смен на 1000 т при производительности труда 4 т/чел-смену. По сравнению с технологией при индивидуальной крепи трудоем­ кость снижается в 2,2 раза, а затраты на 30—40% [94].

Закладочный массив имеет высокую плотность. Усадка закладоч­ ного массива колеблется от 15 до 30—40% (в зависимости от каче­ ства закладочных работ — подбутовки под кровлю, наличия оста­ вленной крепи и др.). В среднем усадка составляет 20—30%.

5. Сравнительная характеристика методов закладки

При выборе метода закладки выработанного пространства следует пользоваться сравнительной характеристикой методов закладки, определяемой по ряду основных признаков.

По плотности закладочного массива (при наименьшей усадке массива) на первом месте стоит гидравлическая закладка песком или хвостами. Большую усадку дает пневматическая и механическая закладка. Еще значительно больше усадка при самотечной закладке.

Наиболее благоприятной в отношении требований к закладочному материалу считается самотечная и скреперная закладки. Размеры кусков породы при самотечной закладке ограничиваются только

224

условиями перемещения в вагонетках и на конвейере, а также силой ударов об отшивку при скатывании крупных кусков в выработанное пространство. Несколько большие требования в отношении ограни­ чения крупности, однородности и наличия глинистых примесей предъявляются при механической закладке. Наибольшие требования по соблюдению оптимальной крупности и по ограничению глинистых примесей (шламов) предъявляются при гидравлической закладке, эффективность которой зависит от гранулометрического состава и других характеристик закладочного материала. При пневматиче­ ской закладке допускается большая кусковатость, чем при гидравли­ ческой.

Наибольшая производительность достигается при гидравличе­ ской, самотечной и пневматической закладке, поскольку она зависит только от пропускной способности транспортных средств.

П о у с л о в и я м п р и м е н е н и я п р и р а з н ы х с и ­ с т е м а х р а з р а б о т к и наиболее универсальной является пневматическая закладка. Затруднительно (при отсутствии песков) применение гидравлической закладки и еще в большей степени — механической закладки. Это объясняется повышенными требованиями к закладочному материалу (гидравлическая закладка), сложностью операций по возведению закладочного массива (механическая за­ кладка); применение самотечной закладки определяется углами

применение пневматической и гидравлической закладки (транспор­ тирование по трубопроводу). Сложнее в этом отношении самотечная закладка и еще сложнее — механическая (метательными машинами), при которой требуется постоянная связь последнего конвейера с ме­ тательной машиной.

П о к а п и т а л ь н ы м з а т р а т а м наиболее дешевой является самотечная закладка и приближающаяся к ней в этом отно­ шении механическая. Капитальные затраты при гидравлической закладке возрастают в основном вследствие высокой стоимости водоотливных устройств, а при пневматической — применения воз­ духодувок или компрессоров.

П о э н е р г о е м к о с т и наиболее экономична самотечная закладка, а также близкая к ней по потреблению энергии механи­ ческая. Большой расход энергии при гидравлической закладке (откачка воды) и еще больший — при пневматической. При пневма­

пневматическая закладка (износ труб и машин) и несколько лучше показатели гидравлической. При механической закладке, выпол­ няемой ленточно-барабанными машинами, происходит быстрый из­ нос ленты.

П о у с л о в и я м т р у д а (запыленность и влажность атмо­ сферы) самотечная закладка благоприятнее других видов, однако при проведении эффективных мероприятий по борьбе с пылью усло­ вия труда могут быть значительно улучшены и при пневматическом и механическом методах закладки.

Т р у д о е м к о с т ь п р и р а з л и ч н ы х м е т о д а х з а ­ к л а д к и в значительной степени зависит от местных условий; наименьшую трудоемкость имеют гидравлическая и пневматическая

закладка.

В заключение следует отметить, что, если имеются соответствующие условия и не требуется закладка высокой плотности, целе­ сообразно применять самотечную закладку. Гидравлическая за­ кладка весьма эффективна, если в качестве закладочного материала используются пески, хвосты, гранулированный шлак (при наличии достаточных ресурсов воды).

Пневматическую закладку можно успешно применять в разнооб­ разных условиях, если имеются в достаточном количестве пустые породы со слабо выраженными абразивными свойствами; этот метод незаменим при сложных условиях транспортирования на участке и в выработанном пространстве.

Следует отметить, что пневматическая закладка благодаря при­ сущим ей эксплуатационным качествам получает в последнее время все большее распространение в горнодобывающей промышленности.

Из рассмотренных способов закладки выработанного простран­ ства наиболее эффективными являются гидравлический и пневмати­

ческий, обеспечивающие полную механизацию процесса закладоч­

ныхОвыбореметодазакладкиработ, поэ му их с е ует. считать наиболее перспективными. Выбор метода закладки должен про­

изводиться с учетом всех факторов при тщательном технико-эконо­ мическом анализе вариантов для типовых горнотехнических условий.

Такой анализ и опыт, например, показывают, что при проведе­ нии штреков в пологих пластах средней мощности широким забоем экономически целесообразно применение скреперных закладочных установок, особенно, если боковые породы представлены крепкими и весьма абразивными породами. В этих условиях при обслуживании скреперной установки двумя рабочими и производительности ее около 20 м3/ч породы расходы оказываются на 20—30% ниже по сравнению с пневматической закладкой, требующей предваритель­ ного дробления породы.

В Кузбассе основным закладочным материалом являются алев­ ролиты и аргиллиты, добываемые в карьерах (с предварительным дроблением). Как в отношении закладочных материалов (кусковых не очень абразивных пород), так и по горнотехническим условиям применения (газовые шахты, нарушенные участки пластов и др.) перспективна гидравлическая и пневматическая закладка. Между тем в Кузбассе основное развитие получил гидравлический метод.

С пневматической закладкой в последние годы работали один-два участка. Самотечная закладка в Кузбассе, удельный вес которой

226

I! 1950—1955 гг. составлял 60—70%, применяется только для за­ сыпки провалов с поверхности.

Однако гидравлическая закладка, наряду с бесспорными техно­ логическими преимуществами, имеет ряд существенных недостатков. Транспортирование крупнокусковых пород требует больших рас­ ходов воды. Большие притоки в выработки воды, содержащей 30— 60 г/л твердых частиц, вследствие выноса их из закладочного мас­ сива, приводит к быстрому заиливанию водоотводящих систем, откаточных выработок и водосборников. Вопросы улавливания, от­ вода и осветления воды при гидрозакладке, защита откаточных выра­ боток от обводнения и заиливания на ш. «Коксовая» превратились в проблему. Шахта, добывающая в сутки окло 3000 т угля с гидро­ закладкой, имеет 8 водоотливных установок с 20 насосами, не считая главных водоотливов. На поверхности для подачи воды к закладоч­ ным комплексам имеется еще 4 насосные станции. Расходы на элек­ троэнергию возросли по сравнению с первоначальным периодом освоения этого способа закладки с 10 до 17 коп. на 1 м3 закладочного материала. С увеличением глубины разработки расход электроэнер­ гии будет повышаться [10].

Возрастают также длина трубопроводов и расходы на трубы. Если при работе на горизонтах -(-165 и -(-65 м затраты на трубо­ провод вследствие его износа были равны 10 коп., то с переходом на отработку гор. —35 м они увеличились до 18 коп. на 1 м3 закладоч­ ного материала. Увеличилось давление в трубопроводах (пробой труб наступает при меньшем износе стенок), потребовались более прочные соединения труб. Шахте, насчитывающей более 25 км закла­ дочных трубопроводов, ежегодно требуется заменять вследствие износа около 10 км труб.

Пневматическая закладка не получила в Кузбассе должного развития вследствие применения малопроизводительных слоевых систем разработки в нисходящем порядке, несовершенства закла­ дочного оборудования и сравнительно слабого компрессорного хо­ зяйства. Применявшиеся в ранний период внедрения закладочных работ установки с машинами ПЗМ-1м и БПЗМ-2м работали недоста­ точно надежно и в чрезвычайно сложных условиях трасс. Произво­ дительность установок составляла 25—40 м3/ч, а расход воздуха

200—400 м3/м3.

С 1960 г. на ш. «Коксовая» эксплуатировалась установка, обору­ дованная двухкамерной машиной типа GA фирмы «Торкрет», кото­ рая обслуживала два пласта и работала безаварийно несколько лет (производительность 50—90 м3/ч). Трудоемкость закладочных работ оказалась ниже, чем при гидравлической.

Опыт Кузбасса подтверждает, что пневматическая закладка по своим возможностям является универсальной, так как обеспечивает возведение качественного закладочного массива на пластах с любым углом падения.

Пневматическая закладка решает вопрос размещения добываемых в шахте пород. Для этой цели пригодны как стационарные, так и

передвижные закладочные установки с воздуходувками. На основе пневматической закладки имеются возможности ведения частичной закладки и создания технологии возведения упрочненных закла­ дочных массивов с добавкой цементирующих и вяжущих веществ.

И, наконец, с увеличением глубины разработки и газообильности шахт возрастает значение пневматической энергии вообще.

Самотечный способ закладки как простой, дешевый и нетребо­ вательный к качеству закладочного материала также имеет все основания на широкое применение при разраоотке крутых пластов с полной или частичной закладкой. Причем в технологическом отно­ шении и использовании средств транспорта самотечная закладка имеет много общих решений с пневматической. Поэтому развитие пневматической закладки, наряду с гидравлической, имеет прин­ ципиальное значение для дальнейшего развития горных работ с за­

кладкой.

6. Бетонная закладка

Бетонная закладка основана на использовании трубопроводного гидравлического или пневматического транспорта для перемещения и укладки в выработанное пространство бетонных смесей. Пригото­ вленные на специальных установках смеси вяжущих (цементных) материалов с песком, водой, а в определенных условиях и с кусковым заполнителем подаются в бетононасосы или пневматические пита­ тели (нагнетатели), с помощью которых направляются в выработан­

ное пространство.

Бетонная закладка находит применение при разработке рудных и угольных месторождений — для создания искусственных целиков при камерно-столбовых системах, ограждающих целиков и перемы­ чек, для создания бетонного настила или искусственной кровли при слоевых системах. В этом случае закладочный массив должен обеспе­ чивать в разных условиях временное сопротивление на сжатие в пределах 20—120 кгс/см2. При этом способе закладки достигается возможность применения наиболее эффективных средств выемки руд

массовой отбойкой.

Основным недостатком бетонной закладки является высокая стоимость бетонных смесей и необходимость тщательного ее приго­ товления на специальных установках (заводах). Наилучшие резуль­ таты получают при использовании в качестве вяжущих материалов различных (заводских) марок цемента. Для снижения стоимости бетонных смесей проводятся значительные работы по использованию различных (более дешевых) заменителей — измельченных шлаков,

золы и других отходов производства.

В качестве бетонных смесей используют смеси разнозернистых песков с цементными растворами для цементной закладки; смеси песка с кусковым заполнителем в основном крупностью до 10. а иногда и до 80 мм и цементным раствором — собственно бетонная закладка. В качестве присадки к твердому заполнителю добавляют пески рудных хвостов, шлаки и дробленую породу.

228

Технологическиесхемы.Промышленные эксперименты примене­ ния бетонной закладки были проведены еще в 50-х годах. При этом использовалась несовершенная технология раздельной подачи вяжу­ щего раствора и твердого заполнителя — «.метод полива». Однако была доказана возможность (проект инж. И. Н. Казина) и техни­ ческая целесообразность создания, например, искусственной кровли из закладочных материалов (работы б. БУГИ). Примерно в это же время была подтверждена [95] перспективность выдвинутой в ИГД им. Л. А. Скочинского и разработанной В. Ф. Парусимовым идеи нового метода подготовки пластовых выемочных нолей с созданием искусственных целиков х.

Однако бетонная закладка как механизированный способ воз­ ведения закладочного массива в виде «искусственного целика» была освоена промышленностью только в сочетании с трубопровод,- ным транспортом бетонных смесей. При этом технологические схемы ведения закладочных работ отрабатывались для различных горно­ технических условий в трех направлениях: 1) использования це­ ментных добавок в водо-песчаные смеси [96, 97] при гидравлической закладке (цементная закладка из тощего бетона), 2) приготовления бетонных смесей из различных шихт с заменой цемента менее дефи­ цитными вяжущими, 3) применения собственно бетонных смесей в виде смеси цемента, воды и твердых заполнителей — песка и ку­ сковых пород.

тельной особенностью схемы рис. 108, наявляется высокая произво­

дительность закладочного комплекса и использование цемента как добавки в песчаную гидросмесь для закладки (концентрацией до 60% по массе); соотношение цемента и гидросмеси от 1 : 6 до 1 : 20. При такой схеме в шахту может подаваться в год до 70 тыс. т це­ мента [96]. Цемент добавляется в водо-песчаную смесь в виде «мо­ лока»; из смесителя трехкомпонентная водо-цементо-песчаная смесь по трубопроводу направляется в очистные забои. Количество цемента регулируется радиометрическим плотномером на отводной трубе смесителя.

По схеме иногда цемент подается непосредственно в закладочный трубопровод, проложенный от батареи циклонов для выделения шламов из хвостов и сгущения песков. Предполагается равномерная подача цемента барабанным питателем и использование ижекцип потока гидросмеси в трубопроводе. Перемешивание цемента с пес­ чаной гидросмесью достигается в процессе транспортирования.

Опытом доказано, что для получения качественного закладоч­ ного массива должно достигаться тщательное перемешивание и рав­ номерное распределение цемента или другого вяжущего вещества в смеси. Данная смеха оказывается бесконтрольной в этом отношении.

1 Идея и технические аспекты ее осуществления в общем виде были выска­ заны автором, принимавшим в работе консультативное участие.

229