Способ закладки вертикальной горной выработки угольной шахты

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при ликвидации вертикальных горных выработок угольных шахт как на действующих, так и на закрываемых предприятиях. Техническим результатом является обеспечение сохранности надшахтного комплекса на весь охраняемый период, обеспечение благоприятной экологической обстановки на прилегающих территориях (предотвращение образования провалов земной поверхности, образования гидравлической связи между водоносными горизонтами, выхода рудничных газов на дневную поверхность и т.д.) и утилизация техногенных отходов (горелой породы). В способе закладки вертикальных горных выработок угольных шахт первоначально получают строго дозированную смесь горелых пород и известково-породного вяжущего, затем производят совмещение двух технологических операций: транспортирование и перемешивание полученной смеси, совмещение происходит в виброконвейерах (горизонтальных и вертикальных). Укладку осуществляют слоями с последующим проливом водой. 1 ил.

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при ликвидации вертикальных горных выработок угольных шахт как на действующих, так и на ликвидируемых предприятиях.

При закрытии и реконструкции угольных шахт согласно требованию нормативных документов [Отраслевая инструкция о порядке ликвидации и консервации предприятий по добыче угля (сланца) / И.Ф.Петров, В.С.Зимич, А.М.Навитний и др. - М.: ИПКОН РАН, 1997. - 27 с.; Инструкция о порядке ведения работ по ликвидации и консервации опасных производственных объектов, связанных с пользованием недрами. - М.: Госгортехнадзор РФ, 1999. - 25 с.] необходимо производить закладку ликвидируемых вертикальных вскрывающих горных выработок водоупорным безусадочным материалом для предотвращения фильтрации воды между водоносными горизонтами, выхода рудничного газа из выработанного пространства на поверхность горного предприятия и просадки земной поверхности на участке, прилегающем к вертикальной выработке.

В последние годы в Российской Федерации проводится большая работа по разработке эффективных технических и технологических решений по ликвидации и реконструкции угольных шахт. Однако на сегодняшний день ни один из известных способов закладки выработанного пространства, применительно к условиям вертикальных вскрывающих горных выработок, научно не обоснован, отсутствуют методики определения рациональных параметров закладки, применяемые способы закладки обладают значительной трудоемкостью и стоимостью, вследствие использования в них дорогостоящих закладочных материалов и технологических приемов реализации.

Дешевым и доступным материалом для закладки ликвидируемых вертикальных выработок являются горелые породы шахтных отвалов. При консолидации горелых пород вяжущим можно получить закладочную смесь с необходимыми для закладки фильтрационными, компрессионными и прочностными свойствами [Инструкция по использованию горелых пород в растворах для тампонажа водоносных пород и закрепного пространства горных выработок / ВНИИОМШС. - Харьков, 1986. - 25 с.; Книгина Г.И. Строительные материалы из горелых пород. - М.: Стройиздат, 1966. - 206 с.].

Известен способ закладки выработанного пространства, включающий послойное формирование закладочного массива из сыпучего закладочного материала и литого твердеющего раствора, дозаполнение подкровельного слоя, укладку сыпучего закладочного материала в слой литого твердеющего раствора с расчетной высотой, подачу сыпучего материала до начала схватывания раствора и формирование насыпного слоя высотой 0,5-3 диаметра куска сыпучего материала (Авторское свидетельство СССР № 1469184, кл. Е 21 F 15/00, опубликованное 30.03.89, Бюл. № 12).

Однако при использовании в качестве закладочного материала горелых пород высота слоя очень мала, поскольку они содержат большое количество мелких песчаных фракций и обладают большой пустотностью. Применение данной технологии целесообразно при закладке выработанного пространства большой площади и малой высоты. Поэтому данный способ не пригоден для формирования закладочного массива в вертикальных горных выработках из горелых пород, консолидированных вяжущим.

Известен способ возведения искусственного массива, выбранный в качестве прототипа, включающий подачу в выработанное пространство смеси сухой закладки и укрепляющего реагента (вяжущего), смачивание их жидкостью (Авторское свидетельство СССР № 1191607, кл. Е 21 F 15/00, опубликованное 15.11.85, Бюл. № 42).

Данный способ разработан для закладки отработанных камер на рудниках и предусматривает для своей реализации функционирование нижнего горизонта. При закладке вертикальных выработок (стволов) горизонты ликвидируются до начала закладочных работ. Поэтому данный способ также не пригоден для формирования закладочного массива в вертикальных выработках из горелых пород, консолидированных вяжущим.

Задача изобретения - снижение трудовых и материальных затрат на создание безусадочного и водоупорного закладочного массива в вертикальных выработках из горелых пород, консолидированных вяжущим.

Указанная задача достигается тем, что в способе закладки вертикальной горной выработки угольной шахты, включающем подачу в выработанное пространство смеси сухой закладки и укрепляющего реагента (вяжущего), смачивание их жидкостью, согласно изобретению в качестве укрепляющего реагента применяют известково-породное вяжущее, объем которого принимают равным объему пустотности горелых пород, при этом породная фаза вяжущего имеет фракцию 0-0,16 мм и является составной частью горелых пород, используемых для закладки, причем расчетное количество воды для смачивания уложенного слоя сухой закладочной смеси выливают на уложенную смесь одновременно, укладку последующего слоя сухой закладочной смеси производят после пропитки нижележащего слоя водой, при этом скорость закладки вертикальной выработки не должна превышать 16,8-24,6 м/сут.

Изобретение поясняется чертежом, где показана схема закладки вертикальной горной выработки (ствола).

Способ закладки вертикальной горной выработки угольной шахты осуществляют следующим образом. Первоначально на сопрягающихся горизонтах возводят изолирующие перемычки 1 из бетона на основе горелых пород. Далее на дневной поверхности горелую породу бульдозером 2 или скрепером из террикона 3 подвигают на бункер 4 с решеткой 5 для отсева крупных кусков. (При значительном удалении террикона от закладываемой выработки горелую породу из бункера погружают в автотранспорт (самосвалы) и доставляют ее к горизонтальному виброконвейеру.) Размер ячейки решетки 5 определяют из условия полного заполнения пустот крупной фракции горелой породы и с учетом технической возможности конвейеров. Из бункера 4 порода поступает на горизонтальный виброконвейер 6, туда же, через дозатор 7 подают расчетное количество извести, которую хранят в отдельном бункере 8. Перемешивание компонентов закладочной смеси в данном случае совмещено с ее транспортированием по виброконвейерам. Далее полученная смесь поступает в вертикальную трубу 9, из которой через вибропитатель 10 и вертикальный виброконвейер 11 - в забой закладываемой выработки. После укладки расчетного объема закладочной смеси в выработку заливают расчетное количество воды. Ожидают, пока вода профильтруется, т.е. пропитает уложенный слой. К укладке следующего слоя закладочного материала приступают после пропитки ниже уложенного слоя водой, т.к. при закладке следующего слоя в воду закладочный массив будет обладать меньшими фильтрационными и компрессионными свойствами.

Объем укладываемого слоя закладочного материала определяют в зависимости от необходимых темпов закладки, технической производительности виброконвейеров и технически возможного объема емкости под воду 12 для смачивания закладочной смеси. Объем емкости должен обеспечивать непрерывную подачу воды во время пропитки. Если данное условие (объем емкости для меньше необходимого) не обеспечивается, то пропитка массива будет произведена не полностью, а следовательно, закладочный массив не будет обладать необходимыми фильтрационными и компрессионными свойствами. При этом скорость закладки вертикальной выработки принимают не более 16,8-24,6 м/сут, т.к. при увеличении данной скорости величина компрессии увеличивается, а следовательно, увеличивается расход закладочных материалов.

Пример конкретного выполнения способа.

Для расчетов параметров закладки принимаем следующие исходные данные:

Наименование горной выработки	шурф
Объемная масса цемента ρц	1350 кг/м3
Объемная масса извести ρизв	1000 кг/м3
Содержание CaO, MgO в извести (CaO+MgO)изв	90% (по массе)
Содержание Al2O3, Fe2O, SiO2
в извести (SiO+Al2O3+Fe2O3)изв	10% (по массе)
Содержание CaO, MgO в цементе (CaO+MgO)ц	65,68% (по массе)
Содержание Al2O3, Fe2O, SiO2
в цементе (Al2O3+Fe2O3+SiO2)	29,84% (по массе)
Глубина шурфа Н	80 м
Диаметр шурфа D	3,5 м

После расчетов параметров закладки по методике, изложенной в рекомендациях [Рекомендации по закладке вертикальных вскрывающих горных выработок при ликвидации и реконструкции угольных шахт / Сост.: А.В.Угляница, А.В.Исаенко; ГУ КузГТУ - Кемерово, 2004. - 40 с.] получают: для закладки рассматриваемой выработки необходимо 785 м³ горелой породы, 72,13 т извести и 142,42 т воды.

Толщину слоя выбирают с учетом перерыва в технологическом цикле на фильтрацию воды через создаваемый закладочный массив. Коэффициент фильтрации закладочного массива на основе горелых пород с известково-породным вяжущим составляет в среднем К_ф=4,40 м/сут.

На основании К_ф=4,40 м/сут принимаем толщину укладываемого слоя 3,3 м, т.о. время фильтрации составит 18 часов. Такую толщину укладываемого слоя принимаем при шестичасовой смене, при этом три смены остаются на ремонтно-подготовительные работы на поверхности. (Продолжительность цикла 24 часа. Подвигание забоя за сутки 3,3 м.)

К тому же необходимо учитывать количество воды одновременно подаваемой в забой выработки.

При толщине укладываемого слоя 3,3 м и диаметре выработки 3,5 м объем воды составит 5,87 м³. Если по техническим причинам такое количество воды единовременно (во время пропитки) подать не удастся (в данном случае 0,33 м³/ч), то толщину укладываемого слоя необходимо уменьшить.

Скорость пропитки увеличивают путем уменьшения вязкости воды (например, введением пластифицирующих добавок, при этом скорость пропитки возрастет, но незначительно порядка 15-20%).

Так как требуемая техническая производительность составляет 0,55 м³/ч и максимальный размер куска горелой породы равен 250 мм, то принимаем двухмассовый горизонтальный виброконвейер с двумя грузонесущими органами с кривошипно-шатунным приводом конструкции ВНИИСтройдормаш С-619, диаметр вертикальной трубы (>2d_max) 600 мм, одномассный подвесной питатель фирмы UHDE (Германия) с дебалансным приводом DRF-25 и одномассный вертикальный виброконвейер от двухвального вибратора конструкции ВНИИСтройдормаш С-627.

Заявленный способ позволяет снизить трудовые и материальные затраты на создание безусадочного и водоупорного закладочного массива, в вертикальной горной выработке, из горелых пород, консолидированных вяжущим за счет снижения цены вяжущего, т.к. в качестве вяжущего используют сами горелые породы (часть вяжущего заменяется пылевидными фракциями, содержащимися в горелой породе, используемой для закладки), а также благодаря исключению следующих операций: добыча, дробление, рассев и транспортирование заполнителей для создаваемого закладочного массива; приготовление бетонной смеси в бетоносмесителях.

Способ закладки вертикальной горной выработки угольной шахты, включающий подачу в выработанное пространство смеси сухой закладки и укрепляющего реагента (вяжущего), смачивание их жидкостью, отличающийся тем, что в качестве укрепляющего реагента применяют известково-породное вяжущее, объем которого принимают равным объему пустотности горелых пород, при этом породная фаза вяжущего имеет фракцию 0-0,16 мм и является составной частью горелых пород, используемых для закладки, причем расчетное количество воды для смачивания уложенного слоя сухой закладочной смеси выливают на уложенную смесь одновременно, укладку последующего слоя сухой закладочной смеси производят после пропитки нижележащего слоя водой, при этом скорость закладки вертикальной выработки не должна превышать 16,8-24,6 м/сут.