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

з а т е м у н о с я т с я и н ж е к т и р у е м ы м в о з д у ш н ы м п о т о к о м . П р и м е н е н и е т а к и х к о м п л е к с о в в о з м о ж н о п р и с л а б ы х и м а л о а б р а з и в н ы х п о р о д а х

( т и п а с л а н ц е в и др.).

Как при использовании закладочных машин с воздуходувками, так и при пневмозагрузочных воронках, работающих от пиевмосетеіі, перемещение породы в трубах происходит при низком давлении и с небольшой скоростью. Опыт эксплуатации таких трубопроводов показывает, что при тщательной стыковке труб [130] они пропускают до полного износа до 100 тыс, т дробленых сланцевых пород.

У п р а в л е н и е з а к л а д о ч н ы м и к о м п л е к с а м и .

В случае расположения стационарной пневматической закладочной установки в шахте для работы комплекса имеет важное значение местоположение перегрузочного пункта для подачи материала к ма­ шине.

Основным требованием, предъявляемым к работе комплекса в отношении перегрузочных устройств, является обеспечение закла­ дочной машины материалом в том количестве, какое пневматическая система может в данное время подавать в выработанное пространство. При изменениях режима пневматической системы, вызываемых колебаниями давления воздуха в подводящем трубопроводе, измене­ ниями свойств материала и т. д., должна изменяться производитель­ ность устройств, подающих материал к машине.

Количество материала, подаваемого к машине, не должно быть меньше возможной пропускной способности пневматической системы, так как это вызывает понижение производительности, увеличивает сроки работ и служит причиной излишнего расхода воздуха.

Соблюдение этих требований осложняется, поскольку для пере­ грузочных устройств находящихся на стыке взаимно не связанных между собой, например, локомотивного и пневматического транспорта, часто невозможно разместить значительные аккумулирующие (бун­ керные) емкости. Подземный бункер или воронки наиболее целесо­ образно располагать над машиной.

Емкость приемной воронки следует принимать возможно большей, но не менее чем на 2—3 вагонетки. У питателя, подающего на ленточ­ ный конвейер материал, идущий к машине, должен быть предусмот­ рен дистанционный пуск, обеспечивающий дистанционное регули­ рование производительности. Питатель и конвейер должны быть сблокированы.

Количество подаваемого воздуха и материала регулируется автоматически или вручную на основе показаний двух манометров, установленных перед машиной и после нее. При повышении давления воздуха в воздухопроводе и падении давления в начале рабочего трубопровода следует увеличивать подачу породы; в противном слу­ чае — уменьшать.

В этих условиях особое значение приобретает регулирование подачи воздуха в зависимости от условий пневматического транспорта (качества материала, длины трассы, числа колен и др.). Наиболее простой способ ограничить поступление в рабочий трубопровод лиш­

300

него количества воздуха — это применение обычных конфузорных сопел. Более экономичным является автоматическое регулирование подачи воздуха в пределах от необходимого в данный момент до максимального. Для этой цели применяют специальные регуляторы.

Важнейшее требование — это максимальное использование про­ изводительности закладочной машины при минимальном расходе сжатого воздуха. В процессе производства параметры пневматической закладки — давление воздуха, свойства закладочного материала, состояние закладочного трубопровода — изменяются. Поэтому минимальный расход воздуха нужно рассчитывать с учетом отклоне­ ний от идеальных условий — в сторону запаса.

Измерения, проведенные на шахтах, показали, что в производ­ ственных условиях при длине закладочного трубопровода до 400— 500 м расход сжатого воздуха составляет 5000 м3/ч при диаметре трубопровода 150 мм и 6000—7000 м3/ч при диаметре 175 мм, причем этот расход не зависит от концентрации смеси.

Если производительность установки равна 75 и 150 м3/ч, то удель­ ный расход сжатого воздуха составит соответственно около 60—70 и 40—50 м3/м3. Анализ измерений и данных опыта самых высоко­ производительных машин свидетельствует, что дальнейшего сниже­ ния удельного расхода сжатого воздуха достигнуть по условиям пневмотранспорта нельзя. Для поддержания постоянного минимально допустимого отношения количества сжатого воздуха к закладочному материалу служит автоматический регулятор расхода воздуха.

Применяют следующие ограничительные сопла для закладочных машин при обычных давлениях в пневмосетях:

Применение регуляторов расхода воздуха целесообразно сочетать с другими решениями по автоматизации управления пневмозакладочных комплексов. В ИГД им. А. А. Скочинского (группой под руко­ водством И. Ф. Гончаревича) предложена схема автоматизации, в которой настройка режима определяется регулированием подачи закладочного материала в машину электромагнитным вибрационным питателем (рис. 143).

Помимо регулирования расхода воздуха, задача автоматического управления — предотвращение закупорок трубопровода (выпол­ няется путем отключения с помощью реле электродвигателя закла­ дочной машины при превышении заданного значения давления воздуха (2,5—3 кгс/см2). После остановки машины воздух должен поступать в трубопровод для продувки. После того как опасность закупорки ликвидирована (давление сжатого воздуха снизилось до заданного значения), привод автоматически включается снова.

Другое преимущество автоматического управления заключается в том, что установку может пускать и останавливать, помимо

301

машиниста, оператор в лаве. Так, при работе на ш. «Кенига» (ФРГ) автоматизированной установки производительностью 150 м3/ч сред­ ний удельный расход сжатого воздуха снизили до 55 м3/м3.

Более совершенная схема автоматического управления закладоч­ ным комплексом должна предусматривать автоматизацию подачи воды для увлажнения породы и автоматизацию подачи материала.

Рис. 143. Схема автоматизации пнев.мозакладочного комплекса:

дроссель насыщения; 8 — магнитный усилитель УМ-7; 9 — реостат смещения; 10 — усилитель УМ-8

Внимания заслуживает пневматический привод закладочных машин. При использовании пневмопривода можно отработанный пиевмодвигателем сжатый воздух направить для транспортирования породы. Дело в том, что сжатый воздух, поступающий из сети под давлением 5—4 кгс/см2, дросселируется при поступлении в закла­ дочный трубопровод и его давление снижается до 3—2 кгс/см2. Для достижения этого пневмодвигатель включают между сетью и закладочной машиной, и он работает в режиме противодавления. Известны два варианта схемы с противодавлением: со сбросом отра­ ботанного воздуха пневмодвигателем машины в воздухопровод, подсоединенный к машине, и со сбросом отработанного воздуха в на­ чальный участок рабочего (транспортного) трубопровода.

По первому варианту пневматический двигатель, включенный в пневмосеть у закладочной машины, приводит в движение ее барабан.

302

Так как перепад давления двигателя, работающего с противодавле­ нием, меньше, чем при работе на выхлоп, используют двигатель большей мощности. Установлено, что при работе с противодавлением удельный расход воздуха на единицу мощности выше. Однако это не влияет на экономичность, так как весь отработанный двигателем воздух используется для пневмотранспортирования породы. Поэтому варианту для барабанной машины производительностью около 70 м3/ч достигается экономия около 2—2,5 тыс. м3/ч воздуха (т. е. примерно половина потребного воздуха).

По второму варианту схемы отработанный двигателем воздух (примерно около половины или одной трети от потребляемого) не проходит через закладочную машину, в которой имеют место повышенные сопротивления. В этом случае требуется меньшее по­ вышение мощности пневмодвигателя (по сравнению с включением

его без противодавления), а сжатый воздух используется более

целесПодземныекомпресорныестанциибраз о. .В целях экономии сжатого

воздуха, на производство которого затрачивается около 0,1 кВт-ч на 1 м3 воздуха, все чаще используются подземные воздуходувки и компрессоры.

Для передвижных пневмозакладочных комплексов малой произ­ водительности целесообразно применение воздуходувок с расходом воздуха до 100 м3/мин. Лучше для пневмозакладки использовать воздух давлением 1,4—1,65 кгс/см2. Донгипроуглемашем и фирмой «Атлас Копко» созданы винтовые и руттовского типа воздуходувки с расходо.м воздуха соответственно 80 и 65 м3/мин.

Такие воздуходувки имеют малые размеры и успешно применяются в комплексах при длине закладочного трубопровода до 100 м. При последовательном соединении такие воздуходувки применяют и для выполнения закладочных работ барабанными машинами при длине трубопровода до 150 м [131].

Эксплуатация разветвленных пневматических сетей всегда связана со значительными утечками сжатого воздуха (до 25—30%), а также непроизводительными затратами на их сооружение при использо­ вании для горных машин электропривода. Поэтому при проектиро­ вании как стационарных, так и передвижных пневмозакладочных комплексов следует рассматривать варианты сооружения подземных компрессорных (рис. 144) станций (если основной потребитель — закладочные машины) пониженного давления — до 3—2,5 кгс/см2.

на предприятии более 50 м3/т угля. Централизованные компрессорные

станцииОблаетъпримененияспособовмеханизациизакладочныхработв общем случае более эк но ич ы. .

Выбор способа механизации закладочных работ непосредственно связан с двумя основными факторами: горнотехническими условиями

303

и принятой системой разработки и видом закладочного материала, который может быть использован.

Для различных способов механизации, если не учитывать специ­ фику, свойственную каждому конкретному случаю, характерны следующие особенности.

Область применения гидравлической закладки, обеспечивающей высокую плотность массива и наиболее простое (естественным напо­ ром по трубам) транспортирование от поверхности до места укладки,

Рис. 144. Подземная компрессорная станция:

1 — распылитель; 2 , 3 — водопроводы; 4 — воздушный фильтр; а — компрессор; в — трансформатор; 7 — цистерна для воды; 8 — воздухосборники; 9 — насос; 10 — воздуховод

определяется в основном наличием соответствующего закладочного материала — песка, шлака, а также воды. Ограничение составляет наличие пучащих (размокаемых боковых пород); возникают затрудне­ ния при слоевых системах, отрабатывающих залежь в нисходящем порядке.

Область применения пневматической закладки, обеспечивающей высокую плотность массива и маневренное транспортирование материала от поверхности до места укладки или в пределах выемоч­ ного поля, также определяется наличием соответствующего закла­ дочного материала — в основном кусковых малоабразивных горных пород; по условиям систем разработки ограничений она не имеет.

304

Способ механизации закладочных работ с использованием мета­ тельных машин и скреперов может найти применение в сочетании с самотечной закладкой скальными породами (для подбучивания потолочин и др.), а также при отработке пологих залежей с размеще­ нием скальной породы в раскоску.

3. Повышение эффективности технологии ведения горных работ с закладкой

Анализ результатов ведения горных работ с закладкой в различ­ ных горно-геологических условиях показывает, что эффективность работ находится в зависимости от совершенства выполнения закла­ дочных операций [130].

Принятые способы закладки выработанного пространства и меха­ низации закладочных работ должны обеспечивать возведение в лавах и блоках закладочного массива надлежащего качества и в заданное время. Отставание закладочных работ в блоках недопустимо.

При сооружении на шахте (руднике) закладочных комплексов высокой производительности, рассчитанных на обслуживание отдель­ ных шахтных нолей, продолжительность процесса закладки может быть уменьшена в несколько раз по сравнению с известными данными отечественной практики. Наибольшие возможности в этом отношении предоставляют гидравлический и пневматический способы закладки; в этом случае шахтное поле или отделочные выемочные поля обслу­ живаются системой разветвленных трубопроводов, благодаря чему работы но закладке не зависят от внутришахтного транспорта.

В связи с этим следует отмстить, что, несмотря на то, что гидравли­ ческая (в том числе с цементными добавками) и пневматическая закладки широко и весьма эффективно применяются в зарубежной практике, на отечественных рудниках и шахтах они находят ограни­ ченное применение. Не достигаются и лучшие показатели работы при этих способах. Основными причинами этого являются: ограниченный масштаб применения, вследствие чего создаются малопроизводи­ тельные (и потому дорогие) закладочные комплексы, и отсутствие

свидетельствует также о том, что до настоящего времени при оценке эффективности систем разработки с закладкой все еще недостаточно учитывается весьма важная и характерная особенность метода веде­ ния горных работ с закладкой — прямая зависимость элементов систем от принятого способа закладки и способа механизации закла­ дочных работ.

Практика ш. «Красный Октябрь», шахт ПНР и ФРГ свидетель­ ствует о возможности получать при системах с закладкой в механи­ зированных забоях нагрузку, аналогичную забоям с обрушением, — при определенном изменении параметров системы и применении технологии возведения закладочного массива высокопроизводитель­ ным механизированным способом с добычными комплексами.

В рудной промышленности по сущестиу переход с ручной закладки на скреперную не изменил рационально элементов и параметров систем, хотя существенно и удешевил стоимость добычи. В то же время применение на отдельных рудниках бетонной и цементной гидравлической закладки позволило изменить порядок очистных работ, повысить безопасность труда и резко уменьшить потери при камерно-столбовой системе разработки (но при больших затратах).

1Іричиной такого положения при современных средствах механиза­ ции выемки в первую очередь следует считать отсутствие надлежа­ щего сочетания и увязки работы по выемке и закладке в блоках, несовершенство применяемых способов механизации процесса за­ кладки и используемого оборудования, а также отсутствие на пред­ приятиях централизованных механизированных закладочных ком­ плексов высокой производительности.

Современный опыт комплексно механизированных забоев не вызывает сомнений в том, что при соответствующей подготовке, значительном уменьшении продолжительности закладочных работ и надлежащем качестве возведения закладочного массива может быть резко повышена интенсивность отработки выемочных полей. В этом случае создаются условия для рационального изменения элементов и параметров систем разработки с закладкой, а также

порядка отработки шахтных полей (концентрация очистных работ на

ограничеОсновныенаправленияповышенияэффективноститехнологиих площ дях пласт или рудниках тел). .

При формулировании основных направлений следует исходить из условия, что горные работы ведутся в сочетании с соответству­ ющим способом механизации закладочных работ. При этом на шахте или руднике в зависимости от конкретных условий создаются один, два или несколько механизированных закладочных комплексов, обслуживающих отдельные шахтные поля или выемочные участки. Для осуществления технологических операций по закладке создается закладочное хозяйство предприятия в масштабе, обеспечивающем полное развитие очистных работ.

Р а з р а б о т к а у г о л ь н ы х п л а с т о в . При всем разно­ образии горно-геологических и горнотехнических условий разработки угольных пластов, которые подробно рассматривались ранее, можно отметить ряд общих направлений повышения эффективности техно­ логии ведения горных работ с закладкой.

движные комплексы для выемки угля и крепления с гидравлической или пневматической закладкой при производительности --200 м3/ч

иболее.

2.Освоение непрерывного гидравлического транспорта кусковых закладочных материлов в сочетании с обезвоживанием их на участке

ис самотечной, самотечно-пневматической или пневматической

306

закладкой при производительности комплексов до 200—250 м3/ч.

2. Расширение области применения самотечной закладки за счет подачи закладочного материала по скважинам, а в лавах по метал­ лическим трубам до места укладки его в массив. Спуск породы по тру­ бам с упрочненной поверхностью позволяет производить самотечную закладку на пластах с углом падения до 28°, а с применением пнев­ матических муфт со сжатым воздухом — на пологих пластах. При этом достигаются лучшее заполнение выработанного пространства

иповышенная плотность массива.

4.Создание на шахтах и для групп шахт породо-закладочных участков, объединяющих комплексы по добыче, переработке шахтных пород и приготовлению закладочных материалов, транспорту и складированию их на поверхности и в горных выработках — на основе поточной технологии и обеспечения грузопотоков порядка 1000 м3/смену. Использование для гидрозакладки привозных песков.

5.Дальнейшее совершенствование гидравлической и развитие пневматической закладки как наиболее универсальных для угольной промышленности. Можно ожидать следующие технико-экономические показатели пневматической закладки: производительность закладоч­

ных машин — 200—250 м3/ч; удельный расход 60—80 м3/м3; срок службы труб, оцениваемый пропуском до 250 тыс. м3 породы; показа­ тель трудоемкости — около 50 м3/чел-смену. Показатели гидравли­ ческого способа: производительность — до 300—350 м3/ч; удельный расход воды 4—6 м3/м3 породы; трудоемкость 40—50 м3/чел-смену.

При глубинах разработки более 300—500 мЫзакладочныеН работы гидравлическим способом (при отношениях < 2—3) следует вести со смесительными установками, расположенными на рабочих горизонтах.

Р а з р а б о т к а р у д н ы х з а л е ж е й . Общими направле­ ниями повышения эффективности технологии ведения горных работ с закладкой для разнообразных горно-геологических и горнотехни­ ческих условий разработки рудных месторождений можно считать следующие1 :

. Повышение нагрузки на очистные механизированные забои в камерах (слоях) до 600—800 т/смену. В таких забоях должно при­ меняться самоходное оборудование для бурения, анкерования кровли, погрузки и доставки руды с последующей (в основном гидравличе­ ской) закладкой при технологических комплексах производительно­ стью до 120 м3/ч.

2. Расширение области применения камерно-столбовой системы (комбинированные варианты) с бетонной (особенно песчано-цемент­ ной) закладкой.

3. Освоение нисходящего порядка отработки рудных тел слоевыми системами разработки с механизированными комплексами крепле­ ния и самоходными бурильно-доставочно-погрузочными машинами,

А.Расширение области применения самотечной закладки для ликвидации пустот по скважинам диаметром 750—800 мм (заданных в камеры), а также пневматических воронок и муфт для нодбучивания потолочин.

5. При организации закладочных участков на предприятиях следует создавать централизованные технологические комплексы для приготовления и складирования закладочных материалов на поверхности и подачи их в забои по системам гравитационного

игидравлического (пневматического) трубопроводного транспорта. Для глубоких рудников следует создавать закладочные комп­

лексы для каждого рабочего горизонта с расположением смесительноаккумулирующих устройств в горных выработках горизонтов.

6. Развитие методов закладки, основанных преимущественно на трубопроводном гидро-или пневмотранспорте при широком исполь­ зовании рудных хвостов и укрупнении закладочных комплексов, обеспечивающих трудоемкости этих работ в целом по руднику около 30 м3/чел-смену.

Т е х н о л о г и я з а к л а д о ч н ы х р а б о т . Несмотря на разнообразие горнотехнических условий эксплуатации механизи­ рованных способов закладки, можно указать на ряд общих направле­ ний повышения эффективности технологии ведения закладочных работ.

1. Повышение чистого времени работы комплексов (установок) с 25—50 до 50—80% времени закладочных смен.

Для достижения этого необходимо применение: непрерывных способов возведения массивов при гидравлической и пневмати­ ческой закладке; боковых (под углами более 135°) выпусков из закла­ дочного трубопровода, передвигаемого вместе с крепью; подвески трубопроводов на цепях; быстроразъемных соединений; тщательной рихтовки; 4) передвижных (или переносных) щитов для ограждения массивов.

2. Отработка комбинированных способов возведения закладоч­ ных массивов — на основе гидравлического транспорта крупного заполнителя, вяжущего раствора и пневматического способа до­ ставки и укладки бетонных смесей в очистных забоях.

3.Создание типового и унифицированного оборудования (машин

иустройств) и введение единых стандартов на типы труб, быстроразъ­

емных соединений и футерованной арматуры для гидравлической и пневматической закладки,обеспечивающих долговечность их работы. Необходимо также предусматривать расширение области применеиия футерованных труб, керамических облицовок, а также резино­ вых труб и рукавов, биметаллических труб.

4. Освоение схем автоматизации закладочных комплексов, предусматривающих дистанционный контроль за работой гравита­ ционных спусков, расходом воды (воздуха) и применение соответ­ ствующих регуляторов в целях совершенствования технологического процесса и удешевления закладочных работ (расчеты [121] показы­ вают, что автоматизация гидрозакладочных комплексов, работа­

308

ющих на кусковых породах, обеспечивает повышение производитель­ ности их па 30—40%).

5. Отработка процесса обезвоживания и отвода воды при сочета­ нии гидравлического транспорта кусковых пород (заполнителя)

ипневматического способа закладки.

6.Повышение эффективности гидравлической закладки куско­ выми породами можно обеспечивать внедрением следующих меро­ приятий: типового комплекса КузНИУИ [130] с элементами — аккумулирующими бункерами объемом около 1500 м3, оборудованием для загрузки (с питателями IIЛ-1 и регулируемым приводом АДИ)

игрохочения породы на смесительных установках производитель­ ностью до 300 м3/ч с трубопроводами диаметром 200—225 мм; приме­ нением замкнутой схемы водоснабжения с использованием на поверх­ ности специальных водоемов и подземных водосборников с насосными станциями и насосами типа MC, особенно на глубоких горизонтах.

4. Проектирование закладочных комплексов

Исходныеданыеирасчетоптимальноговариантакомплекса.

Поскольку закладочное хозяйство предприятия связано с различными службами, а в звеньях добычи (переработки) и приготовления оно определяется основными параметрами проектируемого предприя­ тия, рассмотрим основные вопросы проектирования закладочных комплексов в пределах технологической цепи «склад-очистной забой».

Для различных способов закладки, как уже отмечалось ранее, характерны определенные технологические схемы ведения закладоч­ ных работ. Их отличительной особенностью является различная степень сложности организации многозвенного транспорта закладоч­ ных материалов. Только при гидравлической (а в отдельных случаях и пневматической) закладке эти схемы являются простейшими, поскольку основаны па применении трубопроводов с поверхности.

Рассмотрим наиболее универсальный случай технологической схемы закладочных работ с многозвенным транспортом. Для этого воспользуемся типовой методикой расчета оптимизации параметров шахт [132]. В соответствии с этой методикой требуется выполнить расчеты на минимум затрат.

Любой метод закладки обусловливает дополнительные расходы. Экономию же, получаемую в результате закладочных работ (напри­ мер, благодаря уменьшению повреждений поверхности, улучшению вентиляции), трудно выразить в цифрах. Эта экономия примерно одинакова при различных схемах и способах закладки, поскольку технический эффект закладочных работ достигается в любом случае. Следовательно, эта экономия идет в запас расчетов.

Структуру затрат можно представить следующими элементами: расходы, относящиеся непосредственно к закладочным работам (возведение массива); расходы на доставку закладочного материала к участку, включая аккумулирование в промежуточном бункере-;

309