Способ закладки выработанного пространства

 

Изобретение относится к горной промети и м.б, использовано при разработке полезных ископаемых с закладкойзыработйнного пространства. Цель изобретения - повышение несущей способности искусственного массива за счет улучшения его качества. Для зтого производят подачу твердекэщего раствора и сыпучего материала (СМ) в выработанное пространство. При этом из СМ образуют насыпные конуса, а в зоны, примыкающие к основаниям конусов, подают твердеющий раствор и пропитывают им СМ со скоростью, определяемой из установленной зависимости. Благодаря сохранению определенного соотношения в интенсивности подачи раствора и СМ позадляют создавать одновременно зоны погружения и пропитки СМ, причем площади наиболее прочных зон погружения превышают площади зон пропитки. 4 ил.слс

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я}5 Е 21 F 15/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТО РС КОМУ СВИДЕТЕЛ Ь СТВУ (21) 4730412/03 (22) 15.08.89 (46) 30.01.92. Бюл. M 4 (71) Джезказганский научно-исследовательский институт цветной металлургии (72} Р. Б. Юн, И. Д. Кондров и B. Д. Лаврик (53) 622.273.21(088.8} (56) Авторское свидетельство СССР

hL 1089278, кл. Е 21 F 15/00, 1984.

Гранхольм И, С. Разработка месторождений с закладкой. M.: Мир, 1987, с. 141142. (54) СПОСОБ ВА, ЛАДКИ ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА (57) Изобретение относится к горной промсти и м.б, использовано при разработке полезных ископаемых с закладкой

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке полезных ископаемых с закладкой выработанного пространства.

Известен способ закладки при разработке месторождений полезных ископаемых во флексурных зонах, когда закладку нижней и дозакладку верхней частей выработанного пространства камер осуществляют одновременной подачей твердеющего материала и сухой породы. а между этими участками — подачей сухой породы, Недостаток данного способа заключается в том, что при смешивании закладочного раствора и инертного заполнителя в камере при их совместной подаче происходит изменение реологических характеристик образованной таким образом смеси, т.е. увеличивается вязкость и начальный мо„„. Ж„„1709123 А1 выработанного пространства. Цель изобретения — повышение несущей способности искусственного массива эа счет улучшения

его качества. Для.этого производят подачу . вердеющего раствора и сыпучего материала (CM) в выработанное пространство. При этом из СМ образуют насыпные конуса, а в эоны, примыкающие к основаниям конусов, подают твердеющий раствор и пропитывают им СМ со скоростью, определяемой из установленной зависимости. Благодаря сохранению определенного соотношения в интенсивности подачи раствора и CM позволяют создавать одновременно зоны погружения и пропитки СМ, причем площади наиболее прочных зон погружения превышают площади зон пропитки. 4 ил. дуль сдвига, а также увеличивается плотность и диаметр частиц смеси, что приводит к росту критической скорости и существенному уменьшению скорости ее движения в центральной части, состоящей из сухой породы, и в результате происходит закупорка поровых каналов и образование зоны несвязанного сыпучего материала, а это приводит к ухудшению качества закладочного массива и снижению его несущей способности.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ закладки выработок, включающий раздельную подачу инертного заполнителя в середину выработки до образования конуса и закладочного раствора по периметру выработки, причем поток инертного заполнителя перед его подачей делят на две части (мелкую и крупную фракции), при этом часть

1709123 иэ крупной фракции смешивают с закладочным раствором и подают послойно по периметру одновременно с подачей другой части заполнителя из мелкой фракции в середину выработки.

Однако при образовании реологической смеси из крупного инертного заполнителя и закладочного раствора (роисходит одновременный рост плотности, вязкости и начальнОго модуля сдвига, что приводит к резкому увеличению критической скорости, ниже предела которой будет наблюдаться осаждение частиц реологической смеси в центральной части инертного заполнителя на небольшом расстоянии от периферии.

Так как скорость движения реологической смеси низкая, то в каналах пор центральной части происходит интенсивное осаждение частиц заполнителя и закупорка пор каналов, вследствие чего прекращается процесс движения смеси в середину выработки и в результате ухудшается качество закладочного массива и снижается его несущая способность.

Цель изобретения — повышение несущей способности искусственного массива за счет улучшения его качества.

Поставленная цель достигается тем, что в иэвестноМ способе закладки выработанного пространства, включающем проходку выработок, одновременную подачу твердеющего и сыпучего материала с образованием конусов, твердеющий раствор подают,в эоны, примыкающие к основаниям конусов иэ сыпучего материала, которые формируют над уровнем твердеющего раствора, а скорость движения последней определяют из выражения

2Р+1 42 к

2, 4)

С ю/л 8Г . 2 ч

ho=-) U2 cps ° 2(t «(кi; р ). 4 (P a - 4"к, л ) - о(Ра- 2""ал)) " а ((4 ао)

1 (ю ФФ., кк

Рр "4к — (a -ук)- — (кк-g),есмн а<р4а фл где а —. средний диаметр пор сыпучего материала;и — коэффициент динамической вязкости твердеющего раствора; ,э — объемный вес твердеющего раствора; т — время прохождения процесса; то — начальный модуль сдвига реологического раствора;

Р— гидростатический напор раствора; х, у — координаты движущегося фронта

5 раствора в капилляре;

aa — размер зоны структурного течения раствора.

Совокупность отличительных признаков позволяет обеспечить наполнение за10 кладочного массива по всей его высоте и заданной площади за счет одновременного осуществления как погружения сыпучего материала в зонах, примыкающих к основаниям конусов, так и пропитки сыпучего на15 полнителя практически по всей высоте эакладываемой выработки, улучшая качество закладочного массива.

Кроме того, формирование конусов из сыпучего материала над уровнем твердею20 щей смеси позволяет при дальнейшей подаче неоднородного материала произвести дифференцирование его по классам на мелкую и крупную составляющие. Ввиду низкой кинетической энергии первая идет на нара25 щивание высоты конуса, а другая, имея значительный энергетический потенциал, скатывается к основанию и -погружается в твердеющий раствор.

При движении твердеющей смеси со

З0 скоростью, определенной иэ выражения:

О=Х. >п са$ — у- Як2 акр((2а ) ..4)

2лс 1к 4а лк

Ис »,„1я

О(Я

8Г 2аs

З5 а а

Ao-- ) Уу coS . 2Бу ф;

ГМ кк «кл

p (— (P а - t

4к

У Р к к с(--9 — (а -у )--(а g) еслн а (ука к(0 где з — средний диаметр пор сыпучего мате риала: ,u — коэффициент динамической вязко45 сти твердеющего раствора; р- плотность раствора:.

t — время прохождения процесса; та — начальный модуль сдвига реологического раствора;

50 Р— гидростатический напор раствора; х, у — коэффициенты движущегося фронта раствора в капилляре;

ao — размер зоны структурного течения раствора, 55 улучшается прохождение смеси по каналам пор сыпучего материала и его пропитка и, тем самым, улучшается качество и повышается несущая способность эакладываемого массива.

1709123 ной специальной вырабртке. 25

35

40 странство между их основаниями. 45

По предлагаемой технологии подачи закладочных материалов в камере происходят следующие процессы.

Сыпучий материал по боковой поверхности насыпи 9, от вершины до основания, 50 дифференцируется на крупную и мелкую фракции, причем, скатываясь, первая погружается в твердеющий раствор за контуром основания насыпи.

На фиг. 1 показана схема закладки камеры со смыкающимися зонами погружения сыпучего наполнителя; на фиг. 2— разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — схема образования закладочного массива в вертикальном разрезе; на фиг. 4 — разрез B-Б на фиг. 3.

Способ закладки выработанного про. странства осуществляют следующим образом.

Выше закладываемой камеры 1 на безопасном расстоянии над ней или над целиком соседней вторичной камеры проходят закладочный штрек 2. Из него проходят выработки или скважины 3 для подачи сыпучего материала и скважины 4 для твердеющего раствора. При этом твердеющий раствор доставляют от места и риготовления известными способами, например по трубопроводам, а сыпучий материал, например, самоходным транспортом, силой собственного веса или взрыва при получении его путем отбойки породы в кровле закладываемой выработки или в вышерасположенПредпочтительным является наличие минимума мелких фракций (менее 5 мм в диаметре) в сыпучем материале для увеличения глубины и полноты его пропитки. Камера изолируется перемычками 5. В начальной стадии закладки из сыпучего заполнителя б выше уровня 7 твердеющего раствора 8 образуют конусные в поперечном разрезе и различные по форме в плане насыпи 9, окруженные со всех сторон жидким твердеющим раствором. Высоту этих насыпей в процессе закладки поддерживают на уровне hn In асср где ln глубина пропитки,ругол естественного откоса сыпучего материала. Для этого интенсивность подачи твердеющего раствора и сыпучего заполнителя сохраняют в определенном соотношении.

Сыпучий материал подают на вершины 10 насыпей 9; а твердеющий раствор 8 в проТвердеющий раствор ниже основания насыпи проходит по каналам пор сыпучего материала. Для полной его пропитки размер основания насыпи не должен превышать величины In — длины зоны пропитки, 5

I высота насыпи ограничена hn In.tgpo, где уъ- угол естественного откоса сыпучего материала, а скорость движения твердеющего раствора удовлетворяет соотношению .2л+1, ц

V=X.А„ в Г ц (ъ,. ) . "2. . ) п о о р Я

"о= U)i сов . 2%y dg> ег . г"1, о

1 0 у 12 йй —, — „(pa -Vt+ ) o(pa-Ã.:)1ecauaggcaoi (0 -д )- — (и g),если а < иа а 4и где а — средний диаметр пор сыпучего материала; р — коэффициент динамической. вязкости твердеющего раствора; р — объемный вес твердеющего раствора;.

t - время прохождения процесса

z0 — начальный модуль сдвига реологического раствора;

Р— гидростатический напор раствора; х, у — координаты движущегося фронта раствора в капилляре;

: ао- размер зоны структурного течения раствора.

В результате в закладочном массивеобразуются три эоны: зона 11 пропитки сыпучего материала, имеющая форму столба с поперечным сечением, равным основанию насыпи, и располагающаяся непосредственно под ним; зона 12 погружения загюлнителя, примыкающая к зоне пропитки с внешней стороны и охватывающая ее замкнутым контуром (ио горизонтальному сечению), по форме повторяющим форму основания насыпи; зона 13 твердеющей смеси без заполнителя, примыкающая с внешней стороны к зоне погружения;

При приближении вершин конусообразных насыпей к кровле закладываемой выработки подача сыпучего может быть прекращена или продолжена выше кровли при расширении нижней части скважины (выработки) взрывами до необходимого размера, что способствует достижению наибольшей полноты закладки. После

Затвердевания закладочного массива и его усадки при необходимости может быть произведена дозакладка,известными способами.

В связи с присутствием мелких частиц вяжущего и заполнителя (0.05-0,2 мм) критическая скорость твердеющего раствора, 1709123 при которой начнется процесс их осаждения, будет низкой, Из-за отсутствия в растворе крупных абразивных частиц коэффицйент динамической вязкости и.начальный модуль сдвига будут иметь низкие величины. В результате npin одной и той же величине гидростатического напора скорость движения твердеющего раствора в каналах пор будет в несколько раз выше, чем в известных, и может быть определена по фсрмуле при следующих характеристиках для примера (а =- 0,005 м;,и=- 0,015 Па, с;

P =- 51Î H/ ; Го= 1,2 Па;.ао = 0,00235 м; Х =

О,/ з. )„= — (о -у,) - — (а -p) = 0.11ж/c;I л х Р

alq

8 Г 2n+1 д„=- Ц„сов — ° 2%у ду, О

211+1 2 фв„,gC

Ц= A„ cd 2од exp(-(2ц+1) )1-ОуОЦИ/е п=о Cf+ P

При большой величине начальной. скорости твердеющего раствора U - 0,041 м/с (при данных его характеристиках) будет происходить сокращение только времени полной пропитки до центра по горизонтальным се гениям. Положительного, как и отрицательного значения этот факт сам по себе не имеет. возможно такое положение приведет к некоторому повышенному расходу вяжу щего.

Однако, если для конкретного значения пн = tï tg фо = 0,75 м будет сохр3Н8НО, при прочих равных условиях, U = 0,41 м!с, то даже для значения t ->а центральная часть столба из инертного заполнителя будет непропитанной и не обеспечит необходимого качества, Следовательно, при соблюдении величин h>= 0,5 м и О =- 0,41 м/с будет получена наилучшая пропитка породного столба и йолучение высокого качества закладочного массива.

Предлагаемый способ закладки позволяет возводить качественные закладочные массивы с большим содержанием инертноro заполнителя и довести его до 70, значи. тельно повысив скорость пропитки сыпучего материала.

Использование предлагаемого способа

5 позволяет за счет пропитки сыпучего наполнителя по всей высоте эакладываемой выработки улучшить качество закладочного массива и, тем самым, повысить его несущую способность., создавая прочные закла10 дочные массивы с повышенной жесткостью по всему обьему или-в расчетной его части.

Ф о р м у л а и э о б р е.т е н и я

Способ закладки выработанного пространства, включающий одновременную

15 подачу твердеющего раствора и сыпучего материала с образованием конусов, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения несущей способности искусственного массива за счет улучшения его качества, обра20 эуют конусы из сыпучего материала с погружением части их в твердеющий растеор, который подают и зоны, примыкающие к основаниям конусов, с пропиткой сыпучего материала со скоростью. опреде25 ляемой из выражения

« ) (p, - д,*)-q (О,- fio ))" « у=Ь (D -ó )- — (N g) Ю рл где а — средний диаметр межкусковых кана40 лов заполнителя, м;

p — коэффициент динамической вязкости твердеющего раствора, Па; о- обьемный вес раствора, кг/м; т — время прохождения процесса, с;

45 т0 — начальный модуль сдвига раствора:

Р— гидростатический напор жидкости; х, у — координаты движущегося фронта жидкости в,капилляре;

Bp — размер эоны структурного течения

50 раствора.

1709123

Фиг.2—

1709123

Составитель Л.Виноградов

Техред М.Морген ал Корректор Э.Лончакова

Р--..-.-.актор М.Бандура

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород. ул.Гагарина, )01

3ак-:- =. 417 Тираж Подписное

ВЙИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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