Способ твердеющей закладки подземных выработок отходами горно-металлургического производства и устройство для его осуществления

 

Способ твердеющей закладки отходами горно-металлургического производства и устройство для его осуществления. Сущность изобретения: способ включает транспортно-складские операции с компонентами закладочных материалов, совместное их измельчение, смешение, накопление в емкостях, разгрузку твердеющей смеси в закладочный трубопровод, гидротранспортирование и возведение искусственного массива. Твердеющую смесь самотеком аккумулируют в бункере-питателе при концентрации 0,7 - 0,8 и выдают непрерывным потоком под постоянным давлением в закладочный трубопровод с несколькими ступенями перекачки. При этом совместное измельчение заполнителя и вяжущего производят в течение времени, необходимого для его промешивания, а загрузку вяжущего ведут без перерыва измельчения заполнителя. Устройство для осуществления способа твердеющей закладки включает транспортно-складское оборудование, мельницы, бункер-питатель и гидротранспортный трубопровод с каскадным расположением насосом. Бункер-питатель выполнен в виде металлобетонной конструкции с приемной воронкой и люковым затвором на уровне поверхности земли, а его объем выбран соотношением. Бункер-питатель на днище у выходного патрубка снабжен шнеком с регулируемым приводом, длина вала которого с перьями винта равна длине патрубка, а диаметр шнека составляет 1/3 - 1/5 ширины днища бункера-питателя и равен диаметру патрубка. Кроме того, напорно-гравитационная система трубопроводного транспорта выполнена с каскадным расположением агрегатов, причем их уплотнительные узлы оборудованы отжимными водоподающими патрубками. 2 с. и 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к горному делу и металлургии и может быть использовано при подземной разработке месторождений полезных ископаемых, а также выполнении природоохранных мероприятий на горно-металлургических предприятиях.

Известны способ твердеющей закладки и устройство для его осуществления с использованием отходов горно-металлургического производства, являющихся основой закладочного хозяйства рудников. В основу способа положены транспортно-складские операции с компонентами закладочных материалов, их измельчение или классификация, смешение и накопление в емкостях, разгрузка твердеющей смеси в закладочный трубопровод, гидротранспортирование и возведение искусственного массива. Для осуществления способа выполняют закладочные комплексы, которые оборудуют транспортными и бункерными устройствами, гидроциклонами, смесителями и накопительными емкостями. Твердеющая смесь направляется в гидротранспортный трубопровод насосом [1] Недостатками способа являются раздельная подготовка цементного раствора, хвостов и водопесчаной смеси, которые смешивают для последующего образования твердеющей смеси, в случае подготовки материала по крупности вводят дополнительные операции по измельчению или классификации отдельных компонентов; по данному способу осуществляют приготовление твердеющей смеси с непостоянной плотностью (смешивают несколько потоков с разной концентрацией твердого); необходима дополнительная линия перекачки между смесителями и накопителем, что усложняет регулирование подачи твердеющей смеси.

Устройство по данному способу имеет такие недостатки: громоздкое и металлоемкое исполнение, невысокую надежность работы насосного оборудования под днищами емкостей повышенного объема, сложное поддержание равномерной и регулируемой подачи закладочной смеси в трубопровод при смешении гидросмесей с различными концентрациями, ограниченную дальность подачи при небольших по длине нисходящих участках трубопровода по сравнению с его протяженностью по горизонтали.

Наиболее близким к предлагаемому является способ твердеющей закладки подземных выработок отходами производства и устройство для его осуществления, включающее транспортно-складские операции с компонентами закладочной смеси, совместное их измельчение по меньшей мере в течение части времени процесса измельчения, смешивание, разгрузку твердеющей смеси в закладочный трубопровод и гидротранспортирование ее к месту возведения искусственного массива [2] Недостатками способа следует считать неопределенность влияния фактора диспергирования отдельных компонентов и их соотношения по весам друг к другу на прочность твердеющей смеси; переизмельчение, например, цемента, в большей степени влияет на показатель времени твердения, чем на повышение прочности цементного камня (для одной и той же марки цемента); диспергирование твердых минералов повышает износ мельницы и может ухудшать гидратирование вяжущего; способ основан на выполнении операции диспергирования для всех компонентов, что нельзя считать целесообразным и по расходу энергии. Недостатками устройства являются неравномерность работы насоса при использовании его в качестве нагнетателя, отклонение его характеристик от паспортных параметров и, и как следствие, неизбежное возникновение больших пульсаций давлений, что приводит к аварийности самотечный участок трубопровода, необходимость тщательных промывок клапанных узлов от вяжущего; неизбежная аварийность при расслаивании смеси.

Цель изобретения достижение равномерной и регулируемой подачи твердеющей смеси в трубопровод, повышение надежности работы оборудования и дальности подачи.

Достигается это тем, что в известном способе твердеющей закладки подземных выработок отходами горно-металлургического производства, включающем транспортно-складские операции с компонентами закладочной смеси, совместное их измельчение по меньшей мере в течение части времени процесса измельчения, смешивание, разгрузку твердеющей смеси в закладочный трубопровод и гидротранспортирование ее к месту возведения искусственного массива, осуществляют измельчение заполнителя и вяжущего, а твердеющую смесь аккумулируют в бункере-питателе при концентрации 0,7-0,8 мас.ч. и разгружают в закладочный трубопровод из бункера непрерывным потоком под постоянным давлением, а гидротранспортирование осуществляют с несколькими ступенями перекачки.

При этом совместное измельчение заполнителя и вяжущего производят в течение времени, необходимого для промешивания, а загрузку вяжущего ведут без перерыва измельчения заполнителя.

Достигается это также тем, что в известном устройстве, включающем транспортно-складское оборудование, мельницы, емкость, насосы и закладочный трубопровод, соединенные между собой, емкость установлена между мельницами и закладочным трубопроводом и выполнена в виде бункера питателя металлобетонной конструкции с выходным патрубком, имеющего приемную воронку с люковым затвором на уровне поверхности земли и у выходного патрубка шнек с регулируемым приводом, причем длина вала шнека с перьями винта равна длине патрубка, а диаметр шнека составляет 1/3-1/5 ширины днища бункера-питателя и равен диаметру патрубка, при этом объем бункера-питателя определен соотношением v v_s (t + t₁ + t₂), где v_s производительность мельницы, м/ч; t, t₁, t₂ соответственно время помола, время на погрузочно-разгрузочные операции и резерв времени на возможные измельчения цикла измельчения, ч, кроме того, насосы расположены на закладочном трубопроводе каскадно, причем их уплотнительные узлы снабжены отжимными водоподающим патрубками.

Выполнение способа иллюстрируется схемой на фиг.1. Клинкерные отходы производства накапливают на складе 1. Через воронку 2 с питателем-дозатором их направляют на измельчение конвейером 3. Вяжущее накапливают в расходном бункере 4 с помощью пневмотрубопровода 5, подающего цемент из склада 6, разгружаемого с помощью пневмопитателя 7. Сжатый воздух и воду подают по трубопроводам 8 и 9 соответственно. Смесь образуют в мельнице 10. Через течку 11 (самотеком) готовая твердеющая смесь загружается в бункер-питатель 12, из которого она шнеком 13 направляется в нисходящий участок закладочного трубопровода 14. В подземной выработке 15 закладочный трубопровод оборудуют ступенями насосной перекачки в виде станций 16, к которым подводят отжимной водовод 17 с отводами 18. Твердеющую смесь разгружают в камере 19 для создания искусственного массива.

На фиг.1 представлена компоновочная схема; на фиг.2 размещение транспортного оборудования.

Устройство состоит из склада клинкера 1, приемной воронки 2, конвейера 3, расходного бункера цемента 4, пневмотрубопровода 5, склада цемента 6, пневмопитателя 7, воздуховода 8, водовода 9, шаровой мельницы 10, наклонной воронки-течки 11, бункера-питателя 12, шнека 13, закладочного трубопровода 14, проложенного по подземной выработке 15, насосных станций 16, водовода отжимной воды 17 с отводами 18.

Существенный признак предложения концентрация твердеющей смеси в пределах 0,7-0,8 мас.ч. обосновывается тем, что это граница рационального использования вяжущего, с одной стороны, и практического использования центробежных насосов для перекачки смеси (0,7 мас.ч.) и объемных насосов (0,8 мас.ч.) с другой. Такие значения концентрации можно получить при мокром помоле. При расположении бункера-питателя ниже уровня земли легко достигается непрерывная самотечная подача смеси при разгрузке мельницы.

Измельчение клинкера (один из возможных способов использования его в качестве закладочного материала) до характерной дисперсности 74 мкм 70% дает возможность избежать негативного влияния абразивных свойств этого материала на оборудование. Процесс измельчения составляет в среднем 40 мин. Чтобы не увеличивать количество "промалываемого" материала и дополнительного расхода электроэнергии, совместное измельчение его с вяжущим ограничиваемым временем промешивания для получения однородной по составу смеси. По опыту строителей, времени промешивания в зависимости от крупности материала, вязкостных свойств и объема смеси достигает 15-20 мин, а для клинкера (обычно с гидрофобными свойствами) оно составит 7-15 мин, а в среднем 10-12 мин. Именно на это время совместного измельчения загружается в мельницу вяжущее без перерыва в ее работе.

При заданных параметрах концентрации, надлежащем промешивании компонентов и равномерной и регулируемой подаче смеси под давлением, равным гидростатическому давлению смеси при уровне ее загрузки в бункере-питателе на величину, создаются условия для работы закладочного трубопровода с несколькими ступенями насосной перекачки. Неравномерность подачи и значительные отклонения в свойствах смеси вызовут аварийные ситуации в работе перекачных насосов.

Объем бункера-питателя, как это следует из заданного технологического процесса приготовления смеси, равен часовой производительности мельницы, скорректированной временем, потребным для помола до указанной выше дисперсности, на погрузочно-разгрузочные операции и др. (согласно приведенной выше формуле). Применение двух непрерывно работающих шаровых мельниц МШР3200х3100 дает возможность получить непрерывный закладочный процесс с подачей в среднем около 60 м³/ч смеси (характерные типовые условия рудников). По опыту эксплуатации бункерного типа гидравлических питателей, их беспрепятственная разгрузка достигается при расположении шнека в бункере в зоне разгрузки. В нашем случае это днище бункера-питателя. При характерных объемах его 50-70 м³ диаметр шнека не должен по размеру выходить за пределы шнека на массу смеси и соответствовать диаметру выпускного патрубка. Только при этих условиях достигается непрерывность (сплошность) выдаваемого потока материала.

Предлагается исполнение транспортной системы по схеме "из насоса в насос". Для объемных насосов работоспособность системы достигается равномерной подачей шнека и при наличии постоянного подпора потока из нисходящего участка трубопровода. Наличие отжимных водоподающих патрубков на сальниках (уплотнениях) для отжима и промывки насосов обеспечивают безаварийный режим их работы от единого водовода отжимной воды.

При каскадном последовательном расположении низконапорных насосов на перекачной станции их соединение осуществляется металлическими трубами или резиновым и шлангами с металлической оплеткой. Насосы с нижней горизонтальной разгрузкой (для обеспечения очистки при отключении). Желательно для достижения высокого ресурса использования шламовых насосов с пониженными окружными скоростями рабочих колес (порядка 750-920 об/мин). Кожуха насосов должны быть рассчитаны на давление (по условиям безопасности при гидравлических ударах и износе деталей) с 10-12-кратным запасом прочности по номинально развиваемому давлению. Сальники с лабиринтным уплотнением. По опытно-промышленным испытаниям наибольший ресурс уплотнений достигается при давлении в водоводе отжимной воды Р (1,25-1,5) P, где Р максимальное давление, развиваемое последним насосом в каскадной схеме через зазоры 1,5-1,8 мм между рабочим валом и первым лабиринтным кольцом, скорость воды в этих зазорах должна быть в пределах 1,5-2,5 м/с.

Примером исполнения предложения может быть закладочный комплекс (ЗК) рудника "Ачисай" (ПМК "Ачполиметалл"). Здесь перепад высот между местом расположения ЗК у штольни и очистными камерами составляет около 50 м при дальности подачи до 1,5 км по трубам диаметром 150 мм с вертикальным участком 20 м. Для обеспечения закладочного процесса предложено для объемов подачи 60 м³/ч применить две шаровые мельницы производительностью 40 м³/ч. Помол клинкера передела цинковой руды до 74 мкм 70% Расход цемента 120 кг/м³. По нашему предложению используется бункер-питатель объемом 50 м³ с непрерывной загрузкой и разгрузкой. Первая ступень насосной перекачки располагается на расстоянии 800 м от нисходящего участка трубопровода, вторая 700 м от первой. Ступени перекачки оборудуются каждая двумя шламовыми насосами типа 6Ш8 с давлением каждой 0,4 МПа. Водовод отжимной воды оборудуется трубопроводом диаметром 100 мм, а на отводных линиях 25 мм с давлением 1 МПа.

Предлагаемая схема дает возможность технического исполнения ЗК в условиях малого значения перепада высоты (а значит, недостаточности ее для самотечного трубопроводного транспорта).

Преимущества предлагаемого способа и устройства в следующем: достигается непрерывность и регулируемая подача твердеющей смеси в шахту при штольневом вскрытии залежи; создаются условия для насосной перекачки твердеющей смеси по схеме из износа в насос (наименее затратной по исполнению); при использовании нескольких ступеней перекачки с каскадной схемы включения насосов возможно применение наиболее простых, дешевых и надежных агрегатов для протяженных закладочных трубопроводов.

Формула изобретения

1. Способ твердеющей закладки подземных выработок отходами горно-металлургического производства, включающий транспортно-складские операции с компонентами закладочной смеси, совместное их измельчение по меньшей мере в течение части времени процесса измельчения, смешивание, разгрузку твердеющей смеси в закладочный трубопровод и гидротранспортирование ее к месту возведения искусственного массива, отличающийся тем, что осуществляют измельчение заполнителя и вяжущего, твердеющую смесь аккумулируют в бункере-питателе при концентрации 0,7 - 0,8 мас.ч. и разгружают в закладочный трубопровод из бункера непрерывным потоком под постоянным давлением, а гидротранспорирование осуществляют с несколькими ступенями перекачки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что совместное измельчение заполнителя и вяжущего производят в течении времени, необходимого для промешивания, а загрузку вяжущего ведут без перерыва измельчения заполнителя.

3. Устройство для твердеющей закладки подземных выработок отходами горно-металлургического производства, включающее транспортно-складское оборудование, мельницы, емкость, насосы и закладочный трубопровод, соединенные между собой, отличающееся тем, что емкость выполнена в виде бункера-питателя металлобетонной конструкции с выходным патрубком, имеющего приемную воронку с люковым затвором на уровне поверхности земли и у выходного патрубка шнек с регулируемым приводом, причем длина вала шнека с перьями винта равна длине патрубка, а диаметр шнека составляет 1/3 - 1/5 ширины днища бункера-питателя и равен диаметру патрубка, при этом объем определен соотношением U = U_s (t + t₁ + t₂), где U_s - производительность мельниц, м/ч; t, t₁ и t₂ - соответственно время помола, время на погрузочно-разгрузочные операции и резерв времени на возможные изменения цикла измельчения, ч.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что насосы расположены на закладочном трубопроводе каскадно, причем их уплотнительные узлы снабжены отжимными водопадающими отводами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2