Способ разнопрочной закладки подземных выработок и устройство для его осуществления

 

Способ разнопрочной закладки подземных выработок включает транспортно-складские операции с компонентами мелкозернистых и мелкоизмельченных закладочных материалов, их дозирование, приготовление смесей, доставку их системами трубопроводного транспорта и возведение закладочного массива. Закладочную смесь приготавливают в виде гидросмеси с концентрацией 0,45 - 0,65 по весу, доставляют ее самотеком к смесителю-затворителю, промешивают с вяжущим в процессе смешения потоков и движения смеси, а твердеющую смесь перекачивают в выработки по трубопроводу с сочетанием насосной подачи и поддува сжатого воздуха. Смешение и затворение закладочных компонентов осуществляют на трассе закладочного трубопровода в смесителе-затворителе, служащем одновременно зумпфом для насоса, а вяжущее приготавливают и подают в виде аэрированного потока. Кроме того при образовании закладочного массива в выработках, не нагруженных вышележащими породами, но с вертикальными обнажениями, создаваемыми взрывными работами, вяжушее вводят в количестве 3 - 6% от массы высокоплотной твердеющей смеси, а при создании массивов в виде опорных, барьерных целиков и непосредственной кровли по фактору нагружения 12 - 16% при минимальных усадках. Укладку закладочной смеси производят под давлением по разветвленному забойному участку трубопровода. Устройство для осуществления способа включает транспортно-складское оборудование, измельчители, классификаторы, дозаторы, смесители и системы трубопроводного транспорта для заполнителя и вяжущего. В месте окончания самотечного участка закладочного трубопровода для заполнителя установлен приемник гидросмеси в виде смесителя-затворителя вяжущего на объем не менее объема смеси заполнителя в нисходящем участке закладочного трубопровода, а смеситель снабжен насосом. При этом смеситель-затворитель выполнен с возможностью разгрузки аэросмеси вяжущего под уровень гидросмеси и снабжен воздушными патрубками-фильтрами и уровнемером-сигнализатором. Кроме того забойный участок закладочного трубопровода выполнен в виде нисходящей или горизонтальной системы труб, уложенных под углом друг к другу. 2 с. и 4 з. п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано в технологии подземной разработки месторождений полезных ископаемых.

Известны способ и устройство для разнопрочной закладки полезных ископаемых. Способ включает варианты гидравлической или самотечной закладки с регулированием расхода цемента при подаче гидросмесей или инъекцией раствора вяжущего в навал породы в очистной выработке. Способ заключается в транспортно-складских операциях с компонентами различных по крупности закладочных материалов, их дозировании и приготовлении в смеси, доставке их системами трубопроводного транспорта и возведении искусственного массива. Устройство для осуществления этого способа выполнено в виде закладочных комплексов (ЗК) с транспортно-складским оборудованием, классификаторами, смесителями, дозаторами и системой трубопроводного транспорта [1] Недостатками этого способа и устройства являются: перерасход цемента при выполнении технологических требований к прочности массива (на сжатие) на основании только вертикальных отношений по площадям; трудоемкость осуществления процессов регулирования расхода добавок вяжущего и несовершенный контроль; ограниченная дальность подачи твердеющих смесей с повышенным содержанием вяжущего при возведении массивов повышенной прочности вследствие проявления вязко-пластичных свойств и больших сопротивлений движению в трубах; низкая надежность работы доставочного оборудования; аварии вследствие закупорок, износа и повышенных сопротивлений при использовании неоднородных по составу смесей; низкое качество искусственных массивов вследствие перерывов при возведении массивов (низкие скорости фильтрации, частые промывки труб и др. ); проникновение растворов вяжущего в породный навал обычно не более 1-1,5 м и повышенная трудоемкость и энергоемкость операции инъекции.

Известен также способ разнопрочной закладки подземных выработок, включающий транспортно-складские операции с компонентами мелкозернистых и мелкоизмельченных закладочных материалов, их дозирование, приготовление смесей заполнителя и вяжущего, доставку последних системами трубопроводного транспорта в выработку, смешивание и возведение закладочного массива из твердеющей смеси.

Известно также устройство для разнопрочной закладки выработанного пространства, включающее транспортно-складское оборудование, соединенные между собой измельчители, классификаторы, дозаторы, смесители и системы трубопроводного транспорта [2] Для данного способа характерна сложная схема приготовления твердеющей закладки с несколькими накопительными емкостями большого объема, дублирование средств доставки по перекачке гидросмесей и твердеющих смесей. Исполнение закладочных комплексов по данному способу и устройству требует сооружения отдельной фабрики и оправдывается при больших объемах ведения закладочных работ (на тысячи м³ в смену) и разработке месторождения с полной закладкой сплошной системой разработки, что не имеет прецедента в отечественной горнодобывающей промышленности.

Цель изобретения снижение расхода вяжущего, повышение надежности и дальности подачи закладочных смесей трубопроводным транспортом при осуществлении разнопpочной закладки.

Цель достигается тем, что в известном способе разнопрочной закладки подземных выработок, включающем транспортно-складские операции с компонентами мелкозернистых и мелкоизмельченных закладочных материалов, их дозирование, приготовление смесей заполнителя и вяжущего, доставку последних системами трубопроводного транспорта в выработку, смешивание и возведение закладочного массива из твердеющей смеси, смесь заполнителя приготавливают концентрацией 0,45-0,65 по весу, при этом доставку смеси заполнителя в выработку осуществляют самотеком к смесителю-затворителю, вводят в последний вяжущее в виде аэрированного потока, смешивание смесей вяжущего и заполнителя производят в процессе смешения их потоков и транспортирования твердеющей смеси, причем твердеющую смесь транспортируют посредством насоса и поддува сжатого воздуха.

При этом при возведении закладочного массива в выработках, не нагруженных вышележащими породами, но с вертикальными обнажениями, при взрывных работах вяжущее вводят в количестве 3-6% от массы твердеющей смеси, а при возведении массивов в виде опорных, барьерных целиков и непосредственной кровли 12-16% при минимальных усадках.

Кроме того при возведении закладочного массива производят укладку твердеющей смеси под давлением через разветвленный забойный участок трубопровода.

Цель достигается также тем, что известное устройство для разнопрочной закладки подземных выработок, включающее транспортно-складское оборудование, соединенные между собой измельчители, классификаторы, дозаторы, смесители и системы трубопроводного транспорта, снабжено смесителем-затворителем с насосом объемом не менее объема смеси в нисходящем участке трубопровода смеси заполнителя, при этом смеситель-затворитель установлен в месте окончания самотечного участка трубопровода смеси заполнителя.

При этом смеситель-затворитель выполнен с возможностью ввода у его днища аэрированного потока смеси вяжущего и снабжен патрубками-фильтрами и уровнемером-сигнализатором.

Кроме того забойный участок закладочного трубопровода выполнен в виде нисходящей или горизонтальной системы труб, уложенных под углом друг к другу.

П р и м е р. Данное предложение является одним из вариантов решения подземной разработки с закладкой для рудника "Ачисай" ПМК" "Ачисайполиметалл". Рудник со штольневым вскрытием залежи не имеет значительного перепада отметок (50 м при длине доставки 1,5 км и подъеме трассы на 20 м). В качестве заполнителя используют измельченный клинкер цинкового передела. Смеситель-затворитель располагают на расстоянии 700 м от скважины с самотечным участком трубопровода. К бункеру на штольне подвозят цемент. Объем смесителя 6 м³. При подаче твердеющей смеси 60 м³/ч диаметр гидротранспоpтной линии 125 мм, пневмотранспортной 60 мм. Муфту поддува устанавливают на расстоянии 600 м от смесителя, что обеспечивает решение проблемы доставки.

На фиг.1 показана компоновочная схема устройства ЗК; на фиг.2 схема трубопровода с разгрузителем-смесителем и шламовым насосом; на фиг.3 схема установки разгрузителя-смесителя и всасонасоса; на фиг.4 деталь устройства расходный бункер цемента с пневморазгрузкой через шланг; на фиг.5 деталь устройства забойного трубопровода; на фиг.6 график изменения усадки S закладочного массива под нагрузкой Р для твердеющих смесей на мелкозернистом заполнителе при различных расходах цемента: А бесцементный массив; В-Ц 3% С 6% D 9 Е 12% К 15% плотность смеси соответственно 1700д; 1841; 1954; 2226; 1858 и 1980 кг/м³. Коэффициент неоднородности заполнителя 6-8; плотность заполнения 2700 кг/м³ (шкала усадки 0-25% для кривой А).

Устройство включает транспортно-складские средства в карьере и ОФ 1-3 для инертного заполнителя, оборудование для классификации хвостов 4 и их сгущения 5, механизмы для сортировки породы 6, измельчения 7, накопления и доставки глинистых шламов 8, для породы сборного конвейера 9, течек 10, накопителя 11, смесителя-гидроаккумулятора 12, дозирующее устройство, водяной насос 14 (промывочный), закладочный трубопровод 15 в скважине 16, пневмодатчик 17, цементные банки 18, расходные бункеры 19 заменителя цемента, питатели-дозаторы 20, мельницы 21, шнек 22, пневмовоздуховод 23, шнековый пневматический питатель 24, пневмотрубопровод 25 вяжущего, смеситель- затворитель 26, шламовый насос 27 на трубопроводе 28, муфта 29 поддува сжатого воздуха, разгружаемых в камеру 30. Смеситель-затворитель имеет патрубки 31 для фильтров, уровнемер-сигнализатор 32. В случае использования вяжущего из общешахтных источников предусмотрен около смесителя-затворителя расходный бункер 33 с пневмопогрузкой через шланг 34 и пневмовыгрузкой в смеситель через шланг 35. Закладочный трубопровод завершается забойным разветвленным участком. Его пространственная структура определяется поворотным коленом 36 для камер, куда спускается плеть из ветвей 37 и 36, причем плети 38 имеют диаметр D₃-D- а D₂ 0,5 D. Угол нисходящего участка забойного трубопровода определяется углом наклона камеры, а угол между ветвями 25-45^о.

Устройство работает следующим образом.

Инертные компоненты из смесителя-гидроаккумулятора 12 регулируемым и дозируемым потоком в виде гидросмеси направляют по трубопроводу 15 в шахту. В месте практически полной реализации напора нисходящего участка, который работает полной высотой, устанавливают смеситель-затворитель 26. К нему подводят пневмотрубопровод 25 вяжущего, которое приготавливают на поверхности, и шнековым пневмопитателем нагнетают через скважину. При использовании общешахтного источника вяжущего его доставляют колесным транспортом, накапливают в расходном бункере 33 и подают пневморазгрузчиком по шлангу 35 в смеситель-затворитель 26. Твердеющую смесь откачивают шламовым насосом 27 и в случае сложной трассы трубопровода осуществляют поддув в него сжатого воздуха. Смесь выпускают по разветвлению труб в несколько точек по площади выработки. По мере заполнения камеры забойный участок трубопровода 15 до колена 36 укорачивают.

Значения концентраций гидросмесей из мелкозернистых и измельченных инертных материалов оптимальны, они меньше критических, при которых образуются коагуляционные структуры, повышающие сопротивление и условия для нейтрализации эффекта вяжущего по его "уплотнению". В то же время добавки вяжущего в количестве от 3 до 16% соответственно для больших и меньших значений концентрации приемлемы для образования умеренно обводненных, но хорошо текучих твердеющих смесей. Размещение смесителя-затворителя по трассе упрощает работу узла приготовления инертного и дает возможность подавать вяжущее в строго определенных количествах согласно технологической карты очистного блока или участка. При любых перерывах непрерывного процесса такое решение резко снижает аварийность работ ТК. Включение в трассу трубопровода шламового насоса и муфты для поддува резко увеличивает дальность подачи. Совмещение смесителя-затворителя в виде зумпфа для насоса упрощает схему. Подача вяжущего аэрированным потоком дает возможность ограничить скорости пневмотранспорта до 4-5 м/с (в особых случаях до -10-12 м/с), что при малых подачах не вызовет трудностей отделения воздуха. Расход цемента (ограничения его) обосновывают прочностью вертикальных обнажений закладочного массива, примыкающего к рудному массиву, которая должна противостоять взрывному разрушению. При отсутствии на него нагружения вышележащих пород в зоне разрушения требуется прочность массива в пределах 0,5 1 МПа в возрасте 28 дней. Это соответствует расходу вяжущего по эквиваленту портланд-цемента в пределах 3-6% от массы смеси. Создание массивов определяется нагрузками вышележащих пород. При наиболее характерных нагрузках от вышележащих и боковых пород до 15-20 МПа для возведения массивов прочностью 3-6 МПа в возрасте 28 дней требуется для высокоплотной закладочной смеси от 8 до 16% вяжущего по эквиваленту портланд-цемента. Укладку закладочных смесей ведут при одновременном выпуске смеси из нескольких точек, что признается оптимальным условием возведения достаточно однородного по структуре массива. Наиболее надежные условия разделения поперечного сечения потока D₁0,5 D. При этом углы расхождения ветвей во избежание удара не должны превышать 45о, но и быть меньше 25о для достижения лучшего растекания смеси по площади. Для достижения определенной степени гашения скорости потока желательны диаметры труб конечных ветвей D₂ ≥ D₁. Важное значение имеет выбор места расположения смесителя-затворителя. Это место должно быть на конце длины участка трубопровода, реализующего напор от перепада высот. Предпочтительны большие размеры смесителя в длину с введением в него всасывающего патрубка насоса.

Преимуществами предложения являются: достижение разнопрочной закладки по требованию, гибкость и технологичность процесса, повышение дальности подачи с использованием только одной муфты поддува, повышение надежности в работе.

Формула изобретения

1. Способ разнопрочной закладки подземных выработок, включающий транспортно-складские операции с компонентами мелкозернистых и мелкоизмельченных закладочных материалов, их дозирование, приготовление смесей заполнителя и вяжущего, доставку последних системами трубопроводного транспорта в выработку, смешивание и возведение закладочного массива из твердеющей смеси, отличающийся тем, что смесь заполнителя приготавливают концентрацией 0,45 - 0,65 по массе, при этом доставку смеси заполнителя в выработку осуществляют самотеком к смесителю-затворителю, вводят в последний вяжущее в виде аэрированного потока, смешивание смесей вяжущего и заполнителя производят в процессе смешения их потоков и транспортирования твердеющей смеси, причем твердеющую смесь транспортируют посредством насоса и поддува сжатого воздуха.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при возведении закладочного массива в выработках, не нагруженных вышележащими породами, но с вертикальными обнажениями, при взрывных работах вяжущее вводят в количестве 3 - 6% от массы твердеющей смеси, а при возведении массивов в виде опорных, барьерных целиков и непосредственной кровли - 12 - 16% при минимальных усадках.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что при возведении закладочного массива производят укладку твердеющей смеси под давлением через разветвленный забойный участок трубопровода.

4. Устройство для разнопрочной закладки подземных выработок, включающее транспортно-складское оборудование, соединенные между собой измельчители, классификаторы, дозаторы, смесители и системы трубопроводного транспорта, с закладочным трубопроводом и отдельными трубопроводами вяжущего и заполнителя, отличающееся тем, что оно снабжено смесителем-затворителем с насосом объемом не менее объема смеси в нисходящем участке трубопровода смеси заполнителя, при этом смеситель-затворитель установлен в месте окончания самотечного участка трубопровода смеси заполнителя.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что смеситель-затворитель выполнен с возможностью ввода у его днища потока смеси вяжущего и снабжен установленными в его верхней части отводными патрубками-фильтрами и уровнемером-сигнализатором.

6. Устройство по пп. 4 и 5, отличающееся тем, что забойный участок закладочного трубопровода выполнен в виде нисходящей или горизонтальной системы труб, уложенных под углом одна к другой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6