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

водяного насоса для промывки коммуникаций и масляного на­ соса для управления агрегатом. Производительность его до 18 м3/ч.

Недостаток пневмонагнетателей — наличие значительного рас­ слоения бетонных смесей и высокие энергозатраты.

I %с>о

10 — манометр; б — передвижной агрегат; 1 — воронка; 2 — пневмосистема; 3 — воздухо­ дувка; 4 — дизель с масляным насосом

Трубопроводныйтранспорт. При ведении закладочных работ бетонной смесью транспортирование и укладка ее в массив ведутся в основном по трубопроводам. При этом в зависимости от физико­ механических свойств смеси и горнотехнических условий процесс транспортирования по трубам осуществляется или в характерных

240

режимах гидравлического транспорта (под действием напора, созда­ ваемого насосом или разностью отметок входа и выхода смеси из трубопровода), или в характерных режимах пневматического транс­ порта (под действием струи сжатого воздуха).

Указанные режимы определяются, прежде всего, жесткостью бетона и крупностью твердого заполнителя. Так, цементные водопесчаные смеси транспортируются типичными системами гидро­ транспорта закладочных материалов. В свою очередь, бетонные смеси с крупным заполнителем чаще перемещают по трубопроводам под действием струи сжатого воздуха в виде отдельных порций. Расстояния транспортирования в первом случае до 3,5 км, во вто­ ром до 1,0 км.

Процесс гидравлического транспортирования водо-песчаных сме­ сей с цементной добавкой аналогичен перемещению закладочной смеси. Параметры и режимы транспортирования существенно не отклоняются от принимаемых в гидрозакладочных комплексах. Добавки цемента несколько улучшают процесс транспортирования. При прочих равных условиях для трехкомпонентной смеси харак­ терны несколько меньшие удельные потери напора и износ труб. Однако в этом случае повышаются требования к организации работ: должны обеспечиваться своевременная промывка транспортных коммуникаций, вестись тщательный надзор за режимами фильтра­ ции воды из закладочного массива (для предупреждения выноса цемента) и поддержание максимального содержания твердой компо­ ненты в смеси.

Процесс гидравлического транспортирования бетонных смесей в виде вязко-пластичного потока с крупным твердым заполнителем определяется исходя из условия обеспечения «поршневого» режима движения. При таком режиме не происходит расслоения смеси (выпадание из потока крупных частиц заполнителя, неравномер­ ного распределения цементного раствора и др.). Обычно на практике устанавливается так называемый режим вязко-пластичного (струк­ турного) движения со скоростями около 1 м/с.

Такие же режимы характерны и для процесса пневматического транспортирования бетонных смесей. Только в трубопроводе нару­ шается сплошность движения, и смесь перемещается за счет пере­ пада давления в начале и конце «бетонной пробки». В идеальных условиях (хорошо перемешанный жирный бетон с повышенными свойствами текучести при строгой прямолинейности трубопровода) пневматический нагнетатель может обеспечить почти непрерывный поток бетонной смеси в трубопроводе за счет разницы давлений в камере и в трубах.

Вискозиметрические исследования показывают, что в различных условиях динамическое напряжение сдвига для бетонных закладоч­ ных смесей колеблется в пределах от 50—60 до 5—10 кгс/м2, а псевдо­ вязкость — от 0,05 до 0,2 кгс >с/м2. К смесям, имеющим значительную псевдовязкость, но малые значения динамического напряжения сдвига, можно отнести глинисто-песчаные гидросмеси (Т : Ж =

= 1 •' 1.8—1,7) при содержании до 30% песка и до 20% цемента (по отношению к глине).

Диаметр закладочных трубопроводов в практике работы горных предприятий принимают 150—250 мм. Удельные потери напора (давления) в трубах при движении шлако-песчаных с крупным за­ полнителем смесей с осадкой конуса 8—12 см достигают 0,3—0,5 м/м при скорости движения смеси около 1 м/с. Поэтому для случая ис­ пользования пневмонагнетателей предельное расстояние транспорти­ рования смесей по горизонтали для одной последовательно уста­ новленной машины будет около 150 м. Для цементных бетонных сме­ сей, а также при использовании пластификаторов удельные потери колеблются в пределах 0,15—0,25 м/м и расстояние транспортирова­ ния повышается до 200—250 м.

Соотношение размеров крупных кусков заполнителя к диаметру труб обычно принимают равным 1 : 4—1 : 5. Например, на руднике «Текели» при диаметре закладочного трубопровода 250 мм приме­ няют щебень размером около 40 мм. Для подачи бетонных смесей используют вертикальные ставы закладочных трубопроводов. Для увеличения дальности подачи используют дополнительно бетонона­ сосы или устройства для пневматического транспорта. Сжатый воз­ дух поддувают в закладочные трубопроводы через каждые 40—60 м по длине, сопла для вдувания сжатого воздуха устанавливают под углом 20—60° к оси трубы с выходом по пути движения бетона (по три штуки вместе через 120° по окружности трубы на каждом интервале).

Используют пиевмоэжектор, выполненный в виде трубы с соплом с входным диаметром 20—24 мм и выходным 8—10 мм. Опыт пока­ зал, что нижние сопла, как правило, забиваются смесью, а работают только верхние. В местах, противоположных выходу струи сжатого воздуха, происходит повышенный износ трубы. Поэтому сопла устанавливают апод). возможно меньшими углами к оси трубопровода

(см. рис. 116,

Расход сжатого воздуха составляет при пневмотранспорте смеси 4—10 м3 на 1 м3 бетонной смеси. Подача излишнего количества сжа­ того воздуха, кроме экономических соображений, нецелесообразна вследствие резкого возрастания износа трубопровода из-за высокой скорости движения смеси. При скорости движения смеси около 0,5 м/с износ стенок труб составляет 1—1,5 мм после пропускания по ним 60 тыс. м3 закладки; срок службы колен оценивается пропуском до 2,5—3 тыс. м3 смеси. На горизонтальных участках изнашивается в основном нижняя часть труб. Поэтому, как и при пневмозакладке, трубы целесообразно переворачивать по мере износа. Заметим, что скорость движения бетонной смеси при пневмотранспорте дости­

гает 4 м/с (следовательно, износ повышается пропорционально скорости).

Пневмонагнетатели требуют капитального ремонта после про­ пуска около 150 тыс. м3 бетонной смеси. Наибольший износ труб оказывается на конечном участке трубопровода. На конце бетоно­

242 .

провода для смягчения ударов и уменьшения расслоения, а также лучшей трамбовки применяли алюминиевые коробки.

Для удобства ремонта закладочный трубопровод целесообразно монтировать из труб (легированная сталь) длиной 2,5—3 м, обору­ дованных быстроразъемными соединениями.

Для оперативного контроля за перекачиванием смеси и быстрого

•определения места нахождения пробки при закупорке трубопровода на руднике «Текели» пользовались тензометрическими датчиками, прикрепляемыми к трубам через каждые 50 м и подсоединяемыми через диафрагму на центральный пульт.

Перед каждой длительной остановкой трубопровод необходимо освобождать от бетонной смеси. Это осуществляют с помощью пыжа, перемещаемого по трубопроводу водой или сжатым воздухом. Про­ мыть трубы только водой без пыжа не всегда удается, так как вода вымывает в первую очередь мелкозернистые фракции, а крупные частицы осаждаются.

Практика показала, что наиболее целесообразно очищать трубы, продувая их сжатым воздухом, с одновременной подачей небольшого количества воды. Перед началом работ по трубам пропускают рези­ новый шар.

При работе на жирных смесях закладочный трубопровод промы­ вается один раз в смену. Продолжительность промывки 1—2 ч. Перерывы в работе транспорта не должны превышать 4 ч.

Надежная работа транспортной системы обеспечивается пра­ вильным приготовлением смеси; куски заполнителя должны пере­ мещаться в цементном растворе в основном во взвешенном состоянии. Опыт показывает, что бетонные смеси, приготовленные на крупных заполнителях, перекачивать затруднительно (требуется введение добавок-пластификаторов). Содержание воды в бетоне должно соот­ ветствовать водо-цементному отношению (0,5—0,6).

Приемлемой для перекачки по трубопроводам является бетон­ ная смесь, содержащая песчаную фракцию с крупностью частиц до 2 мм — 5—10%, до 1 мм — 15—20% от общего количества запол­

12 Возведениезакладочнгомасивасм. .Технологический процесс воз­

ведения закладочного массива в зависимости от применяемой техно­ логической схемы приготовления бетонной смеси и ее транспорти­ рования к месту закладки может быть аналогичен процессу гидра­ влической или пневматической закладки. Поскольку этот способ закладки связан с определенными (обычно с массовой отбойкой) способами выемки полезного ископаемого (обычно руды), то важной деталью, особенно при отработке крутопадающих рудных тел, ста­ новится ограждающая отшивка. Ее основная роль — не допустить значительного разубоживания полезного ископаемого компонентами бетонной смеси.

На рис. 119 приведена конструкция отшивки в виде деревянного мата. Применение мата обязательно при использовании бетонных смесей, в которых отношение цемента к песку 1 : 20 и более. Расход цемента — 1 : 6 ~ 1 : 15 при сооружении искусственной кровли при выемке слоев в нисходящем порядке.

Как показал опыт, закладку с точки зрения требований цемента­ ции следует вести при высоких концентрациях смеси. В процессе схватывания бетонной смеси происходит изменение прочностных характеристик закладоч­ ного массива. Прочность можно определить иголь­

чатым пенетрометром.

По опытным работам [98], в шахте было уло­ жено 325 т материала с от­ ношением цемента к песку 1 : 26 при содержании в гидросмеси твердых частиц 62% по массе. Потери це­ мента с дренажной водой

В другом случае (рудник «Оатукумпу») применяли тощий бетон, приготовленный на поверхности из одной части хвостов ОФ и двух частей разнозернистого (с гравием) песка с водо-цементным отноше­ нием 2 : 1 .

Прочность бетонного закладочного массива на сжатие через 3 ме­ сяца составляла 30 кгс/см2. Бетонные целики стояли в течение всего периода выемки междукамерных целиков. На этом руднике ежегод­ ная укладка бетона составляет 50 тыс. м3, извлечение полезного ископаемого благодаря применению искусственных целиков из бе­ тона достигает 95%, почти полностью исключается применение леса.

Важнейшим условием безопасности закладочных работ является освобождение всех выработок, соединенных с камерой, от руды, породы, шлама и возведение надежных перемычек из бетона. По дан­ ным [60], на Гайском руднике при заполнении камеры бетонной смесью в ней осталась отбитая руда. После спуска в камеру бетона руда закупорила воронки и излишняя вода с раствором пошла в вышерасположенную выработку. В настоящее время на руднике устанавливают (рис. 120) бетонные перемычки толщиной 45—50 см с отверстием для выхода воздуха и дренажа воды. Перед закладкой тщательно проверяют состояние всех выработок камеры.

Поскольку на руднике подземные работы ведутся иод действу­ ющим карьером, основным условием очистной выемки является

244

быстрота возведения массива в пустотах, хорошая нодбутовка закла­ дываемых камер под кровлю и строгая последовательность выемки рудных целиков, находящихся между заложенными камерами. После отработки камерных запасов сразу же начинают закладывать образовавшуюся пустоту (в течение 1,5—2 месяцев).

По опыту Гайского рудника подача бетонной смеси в закладоч­ ный массив должна производиться до тех пор, пока до кровли оста­ нется 1,5 м. Если кровля горизонтальная, работу по закладке оста­ навливают на 5—6 дней, после чего замеряют оставшуюся пустоту, снимают рельеф кровли и производят подбутовку.

троля за заполнением камер с помощью уровнемера. В определенных точках кровли камер после окончания отбойки руды и маркшей­ дерской съемки устанавливают вертикальные рейки из диэлектрика с укрепленными на них токопроводящими контактами.

Принцип действия уровнемеров основан на создании закладочной смесью электрической цепи между контактами датчика, погружен­ ными в твердеющую закладку. Наличие или отсутствие электри­ ческой цепи устанавливается с помощью мегомметра М-1101, под­ ключаемого к соответствующим клеммам замерной станции.

Подбутовка производится с использованием трубопровода, кото­ рый заводится в наиболее высокие купола. Для этого целесообразно применение гибких шлангов, а также простейших устройств для забрасывания порций бетона с помощью сжатого воздуха. Воздух должен отводиться по отводной трубе.

245.

Для обеспечения устойчивого положения закладочного массива бетонную крепь подают в камеру непрерывно. В этом случае не обра­ зуется слоистого массива, что в дальнейшем отрицательно влияет на выемку рудного целика. Образование слоистости приурочено к закупоркам трубопровода и другим остановкам закладочной уста­ новки. Из скопившейся над массивом воды выпадают глинистые фракции. Толщина отдельных слоев составляет 20—25 см.

Контроль за качеством возводимого закладочного массива на Гайском руднике ведется путем отбора керна из скважин и испыта­ ния кубиков на сжатие. Достаточная прочность массива достигается через 6 месяцев (72—93 кгс/см2). При содержании глины в закладоч­ ном материале более 15% и нарушении технологии прочность закла­ дочного массива снижается до 30—38 кгс/см2.

Опыт показывает, что прочность закладочного массива зависит от количества основных компонентов бетонной смеси. Так, если 1 м3 бетонной смеси состоит из 400 кг молотого гранулированного шлака, 1200 кг песка и 300—500 л воды, прочность на сжатие этого массива в зависимости от возраста колеблется от 40 до 100 кгс/см2 (соответ­ ственно через 1 и 5 ч), а на отдельных участках достигает 150 кгс/см2 (через 12 ч). Колебания в прочностных характеристиках опреде­ ляются и сложным строением массива из-за расслаивания бетона в процессе закладки. В указанном конкретном случае оказывалось, что слои толщиной 0,6—1,25 м разделены прослойками 0,5 см гли­ нистого материала, что является результатом допускавшихся пере­ рывов в подаче смеси. Наличие глинистых прослоек снижает устой­ чивость массива.

В технологии возведения массива имеет свои особенности схема раздельной подачи заполнителя и вяжущего вещества. По опыту работы [66] из бункера на участке закладочный материал загружается в пневматическую закладочную машину. Цемент из другого бун­ кера подается шнековым питателем в смеситель, заполненный водой. Цементный раствор нагнетается в закладочный трубопровод и рас­ пыляется сжатым воздухом. При этом цементный раствор покры­ вает тонким слоем куски породы.

Производительность закладочной машины 80 т/ч, расход сжатого воздуха при давлении 3,5—4,5 кгс/см2 около 4300 м3/ч. Через 14 сут прочность закладочного массива составила 57—82 кгс/см2, а через

28дней — 83—100 кгс/см2, что удовлетворяет производство. Заметим, что описанный способ возведения закладочного мас­

сива аналогичен торкретированию. Он не применим в случаях создания особо прочных целиков. Например, для создания массив­ ных бетонных опор ленточной формы необходима прочность их в го­ дичном возрасте около 200 кгс/см2, а для отдельных охранных цели­ ков до 300—350 кгс/см2.

В л а в а х у г о л ь н ы х ш а х т 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 подвигание очистных забоев соста­ вляет 2—2,5 м и достигает 6 м/сут. В этих условиях околоштрековые породные полосы должны отвечать требованиям повышенной проч-

246

кости и воздухонепроницаемости, а на возведение их должно затра­ чиваться минимальное время.

В ФРГ применяют [103] различные технологические схемы бе­ тонной закладки на основе гидравлических и других (искусственных) вяжущих. Так, на ш. «Голланд» возведение полос шириной до 3—4 м для механизированных лав выполняется по следующей технологии: от стационарного пункта на выемочном штреке по трубопроводу диаметром 50 мм и длиной до 400 м сжатым воздухом от машины типа «Торкрет» (или закладочной) к месту возведения полосы транспорти­ руют дробленый до 6 мм ангидрит (—0,2 мм около 30%). Как и обычно при торкретировании, у выхода ангидрита из трубы (по шлангу) через муфту подается вода в смеси с активатором (содержание 1%); поддерживается отношение воды к ангидриту 0,1—0,15. Через 60 ч в полосе достигается прочность до 80—100 кгс/см2.

Применяют и искусственный (более мелкий) ангидрит и другие материалы, которые транспортируют в лаву по шлангу диаметром 50 мм на расстояние до 200 м гидравлическим способом подобно цементному тесту при отношении Ж : Т = 0,36—0,4. Перекачку ведут поршневыми насосами с давлением до 26 кгс/см2, устанавли­ ваемыми вместе с бетономешалкой и дозатором воды. Активатор добавляют в смеситель. Опыт показал преимущества гидравличе­ ской технологии лишь на пластах мощностью менее 1,5 м. В других условиях предпочтительнее пневмотранспорт.

При возведении искусственных целиков следует учитывать, что на свойства бетона в массиве влияет тепловыделение, связанное с химическими превращениями составных частей вяжущего. Разогрев искусственных целиков способствует твердению закладочного массива, ускоряет процесс гидратации и увеличивает прочность. В то же время значительный саморазогрев массива и последующее его остывание приводят к неравномерному распределению темпера­ турных напряжений в бетоне и образованию трещин.

На руднике «Маяк» камеры высотой до 14 м закладывали бетон­ ными смесями с расходом цемента марки 300 в количестве 300 кг па 1 м3 закладки, песка 1400 кг/м3 и воды 400 л/м3, с содержанием гравия в песке до 10%. Закладочную смесь подавали в камеры с по­ мощью самотечного или самотечно-пневматического трубопроводного транспорта; укладывали до 600—700 м3 бетона в сутки. Продолжи­ тельность заполнения одной камеры в зависимости от ее объема — от 4 до 15 сут (работа в две смены).

При формировании искусственных закладочных массивов на­ блюдали за температурным режимом твердения закладки [97] с по­ мощью термосопротивлений типа ТСМ-Х, ТСМ-ХІ и ТСМ-ХІІ. Температурный режим изучали в камерах шириной от 4 до 12 м

ивысотой от 8 до 12 м (длина камер до 50 м). Начальная температура бетонной смеси составляла 20—23° С, температура окружающего руд­ ного массива и воздушной среды 10—12° С. В процессе схватывания

ипоследующего твердения смеси наблюдалось интенсивное повыше-

247

пне температуры, продолжавшееся от 6 до 25 суток, в зависимости от размеров искусственного целика.

В местах закладочного массива, граничащих с рудными цели­ ками, почвой и кровлей камер, нарастание температуры длится 6— 10 сут. Приращение температуры по сравнению с начальной соста­ вляет 5—15° С, после чего теплопередача от искусственного массива к рудному превышает величину тепловыделения, и температура медленно понижается. В ядре бетонного целика нарастание, темпе­ ратуры длится 15—25 сут, постепенно замедляясь к концу указан­

ногоТехникосрока.-экономическиепоказателиМакси альная темпер ура.в ядре 60° С.

Применение бетонной за­ кладки на шахтах и рудниках обеспечивает безопасность работ в весьма тяжелых горно-геологических условиях — под водоемами, карьерами и др. Хорошее поддержание кровли, эффективная вы­ емка целиков, устранение причин самовозгорания угля или руды обеспечивают более полное извлечение запасов (в соответствующих условиях не менее чем в два раза). Все это может оправдать затраты на бетонные смеси как закладочный материал.

В условиях рудной промышленности важнейшее назначение бетонной закладки при отработке ценных руд состоит в резком сни­ жении разубоживания и потерь руды при выемке целиков. Показа­ телем эффективности этого способа закладки является экономия в результате уменьшения расхода леса и затрат труда на установку бортов для удержания закладочного массива, создаются более без­ опасные условия работы. Другие ее преимущества: интенсификация работ по управлению кровлей и возможность контроля за оседанием пород по всему горизонту.

Затраты при бетонной закладке определяются: 1) стоимостью компонент шихты; 2) применяемой технологической схемой и меха­ низацией; 3) масштабом применения на данном предприятии.

Наиболее низка стоимость при технологических схемах цемент­ ной закладки, осуществляемой с использованием высокопроизводи­ тельных гидрозакладочных комплексов с поверхности шахт. При­ готовление шихтованных бетонных смесей с крупным заполнителем (особенно привозным) резко удорожает производство работ.

Опыт показывает, что при совершенствовании технологии уже первоначальная стоимость бетонной закладки (глино-цементной), приготовленной на шлаковом цементе в смеси с глиной и песками, составляет около 3 руб. за 1 м3. Затраты на приготовление смеси и возведение закладочного массива изменяются в пределах от 1 до 1,2 руб. на 1 м3 в зависимости от производительности уста­ новки.

Надлежащая механизация и автоматизация процесса приготовле­ ния и укладки бетонной смеси в выработанное пространство инду­ стриальным методом позволит снизить затраты до 0,8—1 руб/м3.

Опыт применения бетонной закладки на Гайском руднике, при­ готовленной на тонкомолотых гранулированных доменных шлаках (с добавкой цемента), для закладочного комплекса большой произ-

248

іюдителыіости позволил получить следующ ие технико-экономиче­

ские показатели:

с использованием молотого гранулированного доменного шлака составила 2,4 руб/м3, а при замене до 50% шлака золой из близрасположенной ТЭЦ стоимость снизилась до 2,2 руб/м3.

Наиболее экономичной в этих условиях оказалась бетонная за­ кладка па основе песков вскрыши рудного карьера и дробленых пород шахтных отвалов, дополнительные затраты на подготовку которых (сортировка и дробление) составляли в среднем 0,05 руб/м3. Себестоимость 1 м3 бетонной закладки из этих материалов и гранули­ рованного шлака составляет 1,4—1,6 руб.

На Зыряновском руднике при использовании для закладки бе­ тонной смеси с крупным заполнителем и пневмотранспорта полу­

Производительность бетонозакладочной машины камерного типа на этом руднике составляет 40—45 м3/смену. Как видно из таблицы, применение камерных бетонозакладочных машин повышает произ­ водительность труда в 2,7 раза по сравнению с ранее применявшимся скреперным способом закладки и более чем в два раза выше, чем при бетонозакладочных машинах эжекторного типа. Применение более мощной техники для бетонной закладки позволило улучшить пара­ метры системы и повысить производительность труда рабочего по за­ бою до 2.5 м3/смену при работе горизонтальными слоями с закладкой.

На Лениногорском комбинате используется бетонная и обычная (хвостами) гидрозакладка (Риддерский рудник). Закладочный ком­ плекс, построенный в 1966 г. по проекту института Казгипроцветмет, состоит из бетонного завода и бетонопровода для самотечного

249