Способ закладки выработанного пространства и устройство для его осуществления

 

1. Способ закладки выработанного пространства, включающий пневмотранспорт инертных материалов и гидротранспорт цементно-песчаного раствора, смешивание их и укладку в выработанное пространство, отличаю щи йс я тем, что, с целью снижения расхода цемента и уменьшения угла растекания смеси, смешивание компонентов смеси производят непосредственно в месте укладки их в выработанное пространство путем подачи высокоi О) скоростной струи инертных материалов в поток цементно-песчаного раствора, при этом соотношение скорости раствора к скорости инертных материалов принимают в предела 1/5-1/30, а полученS ную смесь подвергают вибрации. е 4 00 О О5

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 31д1) Е 21 F 15/00, Е 21 F 15/08!

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Щиг. K

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3592410/22-03 (22) 19.05.83 (46) 23.07.84 Бюл. М 27 (72) В.А.Мельников, М.M.Ìàãàóÿíoâ, В.В.Костюченко и M.Н.Политаев (71) Казахский политехнический институт им.В.И.Ленина (53) 622.273(088.8) (56) 1. Соколов Г.В. Совершенствование технологии приготовления твердеюll щих закладочных смесей. Сб. Разработка месторождений полезных ископае—

I мцх. Алма-Ата, КазПТИ, 1980, с.33.

2. Кравченко В.П. и др. Применение твердеющей закладки при разработке рудных месторождений. M., "Недра", 1974, с.21. (54) СПОСОБ ЗАКЛАЛКИ ВЫРАБОТАННОГО

ПРОСТРАНСТВА И УСТРОЙСТВО ЛЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) 1. Способ закладки выработапного пространства, включающий пневмотранспорт инертных материалов и гидротранспорт цементно-песчаного раствора, смешивание их и укладку в выработанное пространство, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью снижения расхода цемента и уменьшения угла растекания смеси, смешивание компонентов смеси производят непосредственно в месте укладки их в выработанное пространство путем подачи высокоскоростной струи инертных материалов 3 в поток цементно-песчаного раствора, при этом соотношение скорости раство-, М ра к скорости инертных материалов при- С нимают в пределах 1/5-1/30, а полученную смесь подвергают вибрации. B

3. Устройство по п.2, о т л нч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения активации смеси, лопасти в камере виброактивации установлены смещением относительно одна другой.

4. Устройство по п. 2 о т л ич ающе е с я тем, что, с целью интенсификации леремешивания смеси, последовательно с первой камерой виброактивации через разгонный участок установлена вторая камера виброактивации с обратным. направлением навивки и углом установки винтообразных лопастей.

5. Устройство по п.2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что камеры предварительного смешивания и активации выполнены в виде отрезков труб.

1104306

2. Устройство для закладки выработанного пространства, включающее трубопроводы для транспортирования компонентов закладочной смеси и соединенный с ними смеситель, установленный на определенном расстоянии от места укладки смеси, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью снижения расхода цемента и уменьшения угла растекания смеси, смеситель соединен с трубопроводами посредством упругой связи и выполнен в виде пустотелой приемной камеры предварительного смешивания и связанной с ней камеры виброактивации, снабженной винтообраз" ными лопастями, которые установлены по ее периметру и под углом к ее образующей, при этом лопасти соединени одним своим ребром с внутренней поверхностью камеры,a ширина каждой из них увеличивается по ходу движения смеси. сущности и достигаелому результату является способ закладки выработанного пространства, включающий пневмотранспорт инертных материалов и гидротранспорт цементно-песчаного раствора, смешивание их и укладку в выработанное пространство j2j.

Известно устройство для заклад.ки выработанного пространства, включающее трубопроводы для транспортирования компонентов закладочной

25

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной разработке месторождений полезных ископаемых с закладкой выработанного простран5 ства.

Известен способ закладки выработанного пространства, включающий смешивание компонентов закладочной смеси, ее виброобработку и последующее транспортирование ее в выработанное пространство f1) .

Недостатком этого способа является то, что эффект виброобработки смеси за время транспортирования частич15 но теряется, что неблагоприятно сказывается при ее укладке.

Наиболее близким по технической

2 смеси и соединенный с ними смеситель (2) .

Недостатками известных способа и устройства являются высокий расход цемента, так как использование активности вяжущего невозможно обеспечить из-за отсутствия процесса активации, а также большой угол растекания готовой смеси при укладке ее в выработанное пространство.

Цель изобретения — снижение расхода цемента и уменьшение угла растекания смеси.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу закладки вырабо— танного пространства, включающему пневмотранспорт инертных материалов и гидротранспорт цементно-песчаного раствора, смешивание их и укладку в выработанное пространство, смешивание компонентов смеси производят непосредственно в месте укладки их в выработанное пространство путем подачи высокоскоростной струи инертных материалов в поток цементно-песчаного раствора, при этом соотноше- ние скорости раствора к скорости инертных материалов принимают в пре

1104306

55 зом.

3 делах 1/5-1/30, а полученную смесь подвергают вибрации.

Кроме того, в устройстве для закладки выработанного пространства, включающем трубопроводы для транспортирования компонентов закладочной смеси и соединенный с ними смеситель, установленный на определенном расстоянии от места укладки смеси, смеситель соединен с трубопроводами 1О посредством упругой связи и выполнен в виде пустотелой приемной камеры предварительного смешивания и связанной с ней камеры виброактивации, снабженной винтообразными лопастями, которые установлены по ее периметру и под углом к ее образующей, при этом лопасти соединены одним своим ребром с внутренней поверхностью камеры, а ширина каждой из них увеличивается по ходу движения смеси.

С целью повышения активации смеси лопасти в камере виброактивации установлены со смещением относительно одна другой.

С целью интенсификации перемешивания смеси последовательно с первой камерой виброактивации через разгонный участок установлена вторая камера виброактивации с обратным направлением навивки и углом установки винтообразных лопастей.

Кроме того, камеры предварительного смешивания и активации выполнены

35 в виде отрезков труб.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство, общий вид, на фиг. 2 — то же, продольный разрез по смесителю, на фиг.3— схема установки лопастей в камере виброактивации смесителя; на фиг.4 график зависимости угла растекания смеси от давления сжатого воздуха в сопле загрузочного устройства и скорости вылета частиц породы.

Устройство содержит трубопровод 1 для гидротранспорта твердеющей смеси, пневматический трубопровод 2 для подачи дробленой породы, смеситель 3, прикрепленный к закладочным трубопро50 водам и к кровле выработки посредством упругих связей акустической развязки 4 и пружины 5. Смеситель состоит из приемной камеры 6, камеры 2 виброактивации с встроенными на внутренней стенке винтообразными лопастями 8.

Способ реализуется следующим обра

Твердеющую смесь (хвосты обогатительной фабрики, цемент и вода) подают с поверхностного закладочного комплекса по трубопроводу 1, проложенному по закладочной выработке, в самотечном или самотечно-пневматическом режиме, а дробленую породу подают сжатым воздухом по трубам или по смешанной схеме — спуск по скважине, траспорт к месту укладки доставочными машинами и подача по пневматическому трубопроводу 2 в смеситель 3, установленный на выходе закладочного трубопровода в выработанное пространство, Смеситель 3 устанавливают на выходе трубопровода 1 для твердеющей смеси и пневмотрубопровода 2, подающего дробленную породу соосно с последним через акустическую развязку 4. Смеситель крепят к кровле или почве выработки посредством упругой связи. Сжатый воздух для транспортировки породы поступает из шахтной магистрали.

Смеситель работает следующим образом.

Твердеющая смесь поступает в смеситель 3 со скоростью, определяемой самотечным или самотечно-пневматическим режимами транспорта со скоростью 1-2 м/с.

Сухая дробленая порода с крупностью кусков до 50 мм (зависящей от диаметра трубы) подается в смеситель 3 сжатым воздухом со скоростью порядка 30 м/с.

Таким образом, в смеситель поступают разноскоростные потоки твердеющей смеси и крупного заполнителя.

Пройдя приемную камеру 6 предварительного перемешивания, потоки, частично сМешавшись, попадают в камеру 7 виброактивации, где частицы потоков, соударяясь с поверхностью винтообразных лопастей 8,. интенсивно перемешиваются и закручиваются согласно углу уста,новки и направлению навивки лопастей.

Угол установки ребра винтообразной лопасти к образующей зависит от требуемой консистенции готовой закладочной смеси и производительности установки при заданном внутреннем диаметре смесителя и находится в пределах

5-30.

Упругие вибрационные колебания кор пуса смесителя генерируются эа счет энергии проходящих через него потоков закладочного материала. При ударе порции твердеющей смеси, кине1104306 тическая энергия которой подкачивается скоростной струей щебня и сжатым воздухом о винтообразные лопасти 8, корпус смесителя 3 смещается в пределах упругости развязки 4 по ходу движе — 5 ния смеси, а эа счет установки ло,пастей под углом к образующей происходит тангенциальное закручивание корпуса.

Как только основная масса порции минует область камеры виброактивации, силы упругости вызывают вибрационные колебания сложной формы— одновременно осевые и тангенциальные, и широкого спектра частот, так как вызываются они ударной нагрузкой. Эти колебания носят поличастотный характер и оказывают наиболее эффективное воздействие вибрации на бетонную смесь, повышая прочность 20 бетона, что позволяет сократить расход цемента.

Твердеющая смесь, перемещаясь в пространстве приемной камеры с относительно малой скоростью, занимает больший ее объем по сравнению с объемом пустой породы, которая влетает в приемную камеру 6 с максимальной скоростью. Дробленая. порода внедряется в массу твердеющей смеси 30 отдельными кусками, оставляя за собой область малых и крупных пустот. Некоторые иэ этих пустот захлопываются, вызывая в ближайшем пространстве волны кавитации, приводящие к дополнительной дезагрегации цемента. Другие пустоты заполняются имеющимся в избытке сжатым воздухом, благодаря чему вновь образующаяся смесь оказывается богатонасыщенной воздухом. 4б

Вибрирование смеси в камере 7 виброактивации способствует дальнейшему насыщению смеси воздухом. Таким образом, полученная закладочная смесь

45 благодаря большому содержанию в ней воздуха характеризуется меньшим коэфициентом внутреннего трения, вследствие чего угол растекаемости смеси значительно снижается по сравнению со смесями, приготовленными известными. . 50 методами. Дальнейшему уменьшению угла растекаемости способствует выдавливание воздуха, который выделяется в" виде пузырьков под действием статических и динамических нагрузок 55 . бт вышележащих слоев и вновь поступающих порций закладки. Движение пузырьков воздуха вверх через смесь сопровождается разрывом связи между частицами закладки, снижением сил внутреннего трения и продлением состояния тиксотропного разжижения, что проявляется в виде повышения подвижности смеси.

Суммарное действие указанных эффектов — насыщения смеси воздухом и виброобработка ее непосредственно перед укладкой в массив — снижает угол растекания до необходимого значения.

Испытание способа и проверка работы устройства для закладки выработанного пространства осуществлено в лабораторных условиях.

Для приготовления закладочных смесей по известному и предлагаемому способам в качестве твердеющей смеси используют смесь хвостов

1260 кг, цемента 250 кг, воды 400450 л. В качестве крупного заполнителя используют дробленую породу с максимальной крупностью 10 мм .

Приготовление закладочной смеси по известному способу производят путем смешивания сухого материала, состоящего из 420 кг хвостов, 840 кг дробленой породы (исходя из соотношения 2:3) и цементного молока с расходом цемента из расчета

100 кг/м готовой смеси в полой

It насадке длиной 30 см и диаметром 3 установленной на конце трубопроводов.

По предлагаемому способу закладочная смесь готовится путем смешивания твердеющей смеси и дробленой породы подаваемых раздельно в соотношении

2:3 в устройстве предлагаемой конструкции.

Лабораторный стенд для приготовления закладки по известному и предлагаемому способам состоит из приемной воронки для подачи твердеющей смеси, вертикального става трубы выМ сотой 1,4 м диаметром 1,5, плавно переходящего в горизонтальную составляющую длиной 1 м, и пневматического трубопровода длиной 2 м и диаметром 1,5 для доставки сухого материала.

Для приготовления закладочной смеси по предлагаемому способу, непосредственно на выходе закладочных трубопроводов посредством упругого соединения установлен смеситель, выполненный в виде отрезка трубы диамет

104306

Скорость подачи дробленой породы регулируют изменением давления сжатого воздуха перед соплом Лаваля загрузочного устройства пневмотрубопро10 вода.

Способ

Прочность

Давление сжатого

Прирост прочности, X

Угол растекания, град на сжатие, МПа воздуха, Р, MIIa

3,64

Известный

14,1

4,24

Предлагаемый

33,3

4,37

35,2

4,42

36,0

По данным таблицы построен график (фиг.4). Иэ графика видно, что сущест. венное снижение угла растекания наблюдается при скорости вылета дробленой породы из пневмотрубопровода более 10 м/с. Минимальный угол рас- 35 текания, достигнутый в лаборатории

О при давлении 0,6 МПа, равен 8 .Если учесть, что в производственных условиях скорость вылета породы может составлять до 30 м/с, то следует @> полагать, что угол растекания в производственных условиях составит 3-6 С. о

Согласно способу (2J скорость трубопроводного транспорта составляет

1-2 м/с. ° 45

Таким образом, соотношение скоростей транспорта твердеющей смеси и дробленой породы получается равным

1-2 1-1

10-30 5-30

7 1 ром 3" и длиной 30 см. На внутреннюю поверхность смесителя по ее периметру под углом 10 к образующей

0 приварены винтообраэные лопасти длиной 15 см.

Из смесей; приготовленных по известному и предлагаемому способам заложены образцы-кубики с размерами граней 15х15 см в количестве 30 шт (по 10 в каждой серии). Образцы хранились и испытывались на одноосное сжатие по ГОСТУ 10180-78 в

28 дневном возрасте.

Углы растекания смесей измеряют в приемной емкости, выполненной в ви. де короба с размерами 1000х800х х1200 мм.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Использование энергии удара скоростных потоков твердеющей смеси и дробленой породы о поверхность винтообразных лопастей создает вибрацию смесителя и обеспечивает смешивание без применения специального вибропровода, что снижает материальные затраты.

Интенсивное воздухонасыщение закладочной смеси, происходящее на конце закладочного трубопровода при высокоскоростном внедрении частиц дробленой породы в поток твердеющей смеси, и поддерживаемое им состояние тиксотропного разжижения, полученное от виброобработки в смесителе с винтообразными лопастями, обеспечивает высокую подвижность и малый угол растекания закладочной смеси в выработаяном пространстве, снижает расход цемента.

I !04306

1104306,ДграЯ

Yß

ЗР

Р, h_#_a

ОУ

02

Редактор Аг.Шандор

Заказ 5178(25

Тираж 427 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

> 30

Ъ

1 и go с

Составитель Б.Левчаев

Техред М.Тепер Корректор Е.Сирохман