Классификация способов закладки

Применение при подземной разработке угольных и рудных месторождений полной закладки выработанного пространства по­лучает все большее распространение.

Сущность закладки заключается в размещении в выработан­ном пространстве породы, получаемой от проведения и поддержа­ния горных выработок или специально доставляемой с поверхно­сти из различных источников (породные отвалы, отходы обогати­тельных фабрик, карьеры и т. д.). Для механизации работ по до­ставке и размещению породы в выработанном пространстве при­меняются закладочные машины и породо-закладочные комплексы специального оборудования.

Закладка выработанного пространства как способ управления горным давлением при очистных работах применяется: для охраны от разрушения зданий, сооружений и водоемов на поверхности; при подземной разработке мощных пластов и пластов со сложными горно-геологическими условиями; для более полного извлечения полезного ископаемого из недр и предотвращения подземных по­жаров при разработке углей, склонных к самовозгоранию; для снижения опасности внезапных выбросов угля и газа, горных уда­ров; для исключения устройства породных отвалов-терриконов на поверхности, занимающих десятки тысяч гектаров плодород­ных земель и загрязняющих атмосферу при горении; как средство применения безотходной технологии ведения горных работ.

В зависимости от вида используемой энергии и способа разме­щения закладочного материала в выработанном пространстве различают ручную, самотечную, механическую, пневматическую, гидравлическую и комбинированную закладки.

Ручная закладка как весьма трудоемкий процесс целесообразна при небольшом объеме работ.

Самотечная закладка применяется при разработке тонких и средней мощности пластов наклонного и крутого падения. Закладочный материал перемещается в выработанное пространство по рештакам, трубам или почве пласта под действием собственного веса. Ширина закладочной полосы (2—8 м) отделяется от рабо­чего пространства досками или металлической переносной сет­кой.

 

 

Преимуществами самотечной доставки являются простота, возможность использования любого закладочного материала, срав­нительно небольшая трудоемкость и стоимость, недостатками — ограниченная область применения, большая усадка породы (15— 25 % при дробленой породе и 25—40 % при рядовой).

Механическая закладка выработанного про­странства осуществляется специальными машинами метательного, прессующего или трамбующего действия, а также с помощью скреперных установок Скреперные установки некоторое распро­странение получили при проведении штреков широким забоем, а остальные не получили из-за малой производительности, несовер­шенства конструкции и пылеобразованчя при работе.

Скреперная установка (рис. 29.1) состоит из двухбарабанной скреперной лебедки / типа БС-4П2, смонтированной на раме с на­правляющими роликами для канатов, и самозагружающегося скрепера 2 в форме совка. На переднем конце скрепера смонти­рован бугель 3 для запрессовки породы в раскоску. Скрепер может опрокидываться в двух направлениях в зависимости от того, в каком он перемещается. Величина усадки при скреперной за­кладке составляет 30—40 %. Скреперную установку обслуживают трое рабочих, которые могут убрать и забутить породу за 3—4 ч.

Пневматическая закладка производится с ис­пользованием энергии сжатого воздуха как для транспортирова­ния закладочного материала по трубам к забою (пневмотранспорт), так и для плотной укладки его в выработанное пространство. Пнев-

 

матическая закладка дает усадку 15—30 %. Во избежание быст­рого износа труб и оборудования, а также пылеобразования тре­буется малоабразивный закладочный материал. Для пневматиче­ской закладки необходимы мощное компрессорное хозяйство и дробильно-сортировочная установка, что связано с большими ка­питальными затратами.

Гидравлическая закладка осуществляется пульпой — смесью закладочного материала и воды. Пульпа транс­портируется под напором по трубам к забою (гидротранспорт) и укладывается в выработанное пространство. Гидравлическая за­кладка дает наименьшую усадку (10—15 %), но требует больших ресурсов воды и закладочных материалов, легко отделяющих воду (песок, гранулированный шлак и т. п.).

Комбинированная закладка сочетает различ­ные способы доставки закладочного материала к забою и запол­нение им выработанного пространства.

В Советском Союзе и за рубежом наибольшее применение имеют в настоящее время и будут иметь в будущем механизиро­ванные и автоматизированные виды закладки с трубопроводным транспортом — гидравлическая и пневматическая. Для этих за­кладок применяют подготовленный закладочный материал, т. е. содержащий куски дробленой породы не крупнее 60—80 мм в по­перечнике и глинистые примеси не более 5 %.

Переработку породы в закладочный материал производят на поверхностных или подземных дробильно-сортировочных уста­новках. Поверхностные установки применяют при использовании для закладочного материала породы из отвалов, карьеров и дру­гих источников, расположенных на поверхности, а подземные — если основные источники получения породы находятся в шахте.

Целесообразность применения того или иного вида закладки устанавливают с учетом горно-геологических условий, принятой системы разработки, особенностей технологии ведения горных и закладочных работ, технико-экономических и других факторов.

§ 2. Гидравлическая закладка

Гидрозакладочные установки можно разделить на два типа.

Напор в пульповоде установок одного типа естественный, за счет разности геодезических высот между началом пульповода на поверхности шахты и его концом на рабочем горизонте без при­менения внешнего источника энергии. Напор в пульповоде уста­новок другого типа создается специальным аппаратом (насос, пи­татель) без использования или с использованием разности геоде­зических высот. Такие установки увеличивают расстояние транс­портирования гидрозакладочного материала.

Гидрозакладочные установки первого типа широко приме­няются как в СССР, так и за рубежом.

Технологический процесс гидравлической закладки с уста­новкой первого типа состоит из приготовления закладочного ма-

 

териала, транспортирования его к смесительной камере вблизи стеолэ шахты, подачи туда же воды для образования пульпы, транспортирования пульпы по трубопроводу в шахту в вырабо­танное пространство и укладки закладочного материала. Затем отработанная вода отводится в сборники, осветляется и откачи­вается на поверхность в водоем для повторного использова­ния.

Наилучшим материалом для гидравлической закладки яв­ляется крупнозернистый песок с небольшим содержанием частиц крупностью менее 0,1 мм, которые могут выноситься с отработан­ной водой и заиливать горные выработки. Используются также дробленые породы из отвалов, хвостов обогатительных фабрик, карьеров с кусками крупностью не более 60 мм, но в этом случае технологический процесс значительно усложняется в связи с со­оружением дробильно-сортировочных комплексов.

Консистенция пульпы, т. е. отношение твердого Т к жидкому (воде) Ж, зависит от крупности частиц в закладочном материале. Так, для песка отношение Т: Ж равно 1,5, а для дробленых по­род может быть 2 и 3.

Режимы работы гидрозакладочной установки с естественным напором и ее производительность определяются соотношением приведенной длины всего пульповода L и высоты Н. Рабочая ско­рость и удельная плотность транспортируемой гидросмеси должны быть выбраны с таким расчетом, чтобы при промывке столб воды, равный высоте пульповода, обеспечивал движение гидросмеси исходной концентрации по горизонтальной части пульповода со скоростью не ниже критической. При такой скорости частицы пульпы перемещаются во взвешенном состоянии без осажде­ния.

Оптимальные режимы работы гидрозакладочной установки поддерживают путем стабилизации заданных расходов закладоч­ного материала и воды благодаря применению системы автомати­ческого управления и регулирования гидрозакладочных установок.

Рассмотрим технологическую схему гидрозакладки на шахте «Красный Октябрь» ПО Орджоникидзеуголь в Донбассе.

Для приготовления закладочного материала из породы, вы­даваемой из шахты, а также из террикона, сооружен дроби л ыю-сортировочный комплекс производительностью до 1000 м³ гото­вого закладочного материала в сутки. На оборудовании комплекса производится рассев исходных материалов на классы 0—50 мм и более 50 мм, дробление надрешетного продукта, повторное гро­хочение и удаление посторонних предметов.

Приготовленный закладочный материал посредством конвейера складируется в четырех аккумулирующих бункерах 1 (рис. 29.2) вместимостью 250 м³ каждый, что обеспечивает суточную потреб­ность шахты. Под каждым бункером установлено по два питателя 2 производительностью 180 м³/ч, которые передают закладочный материал на сборный ленточный конвейер 3, а с него на весоизме­рительный конвейер 4. Далее закладочный материал поступает

 

в смесительный наклонный желоб 6. Отсюда порода смывается струей воды, поступающей под напором через приемный бункер 7 по трубопроводу 8 диаметром 300 мм из бака 5 вместимостью 60 м³. В результате образуется пульпа. На трубопроводе установлен расходомер воды. Бак постоянно заполнен оборотной водой, поступающей из шахты по трубопроводу 11. Излишек воды из бака сливается в пруд-отстойник.

На смыв материала с наклонного желоба расходуется примерно 30 % воды, поступающей из бака, остальная вода идет под ворон­ку в пульповод, проложенный по вертикальному стволу шахты. Диаметр труб 175—200 мм.

Образовавшаяся пульпа под действием естественного напора по горизонтальному пульповоду 9, проложенному по квершлагу и вентиляционному штреку, поступает к передвижной водоотде-лительной установке 10, расположенной около лавы над заклады­ваемым пространством. Здесь происходит глубокое обезвожива­ние материала, улавливается примерно 90 % воды. Обезвоженный

 

материал укладывается самотеком в выработанное пространство за отшивкой, предварительно возведенной параллельно очистному забою. Отделенная вода отводится по трубам в водосборник 12 и затем откачивается насосной установкой 13 в бак для повторного использования.

В нижней части вертикального пульповода установлен изме­ритель давления пульпы. При длине вертикального пульповода 560 и 670 м можно обеспечить подачу пульпы за счет естествен­ного напора на расстояние до 2000 м с производительностью до 300 м³/ч закладочного материала и расходе воды около 550 м³/ч. Скорость движения пульпы 4—6 м/с. Отношение твердого веще­ства к жидкому в пульпе в среднем Т: Ж = 1: 2. На шахте при­нято регулирование этого соотношения но твердому при постоян­ном расходе еоды.

Выемку угля в очистном забое сначала производили с помощью пневматических отбойных молотков, а затем комбайном «Темп». Комбайн в сочетании с гидрозакладкой в условиях крутого пласта впервые в мировой практике был применен на шахте «Красный Октябрь». Для удержания закладочного массива в выработан­ном пространстве ранее применялась усиленная отшивка досками, а затем в целях экономии леса стали использовать металлическую сетку с размером ячеек 10X 10 мм. Сетку прикрепляют к стойкам крепи (шесть стоек на 1 м длины), установленной параллельно линии очистного забоя. Шаг закладки в зависимости от состояния бокогмх пород принимают от 5 до 9 м, причем кратным расстоя­нию между стойками по простиранию.

Режим работы лавы принят четыре смены в сутки по шесть часов. Из них две добычные, одна для производства закладочных работ и одна ремонтно-подготовительная.

При эксплуатации гидрозакладочных установок следует со­блюдать следующие основные правила: перед началом и по оконча­нии работ необходимо промывать пульповод во избежание его за­купорки; между рабочими, занятыми по укладке закладочного материала в выработанное пространство, и оператором, работаю­щим на подаче гидросмеси из смесительной камеры, должна быть установлена телефонная связь; оператор должен следить за нор­мальной работой гидрозакладочной установки и контролировать по приборам расход воды, производительность по закладочному материалу (по давлению в пульповоде), уровень гидросмеси в во­ронке и воды в баке.

К преимуществам гидрозакладки следует отнести: высокую степень механизации и автоматизации работ; возможность гидро­транспорта закладочного материала на большие расстояния; вы­сокую производительность (до 300 м³/ч и более по твердому); воз­можность использования для гидротранспорта естественного на­пора; высокую плотность закладки; возможность применения при пологом, наклонном и крутом залегании пласта.

Недостатками гидрозакладки являются подача в шахту боль­шого количества воды, которая увлажняет воздух и загрязняет

 

горные выработки выносимыми мелкими частицами закладочного материала, большие капитальные затраты, значительная трудоем­кость работ, которая на первом этапе достигает 50—60 чел.-смен на 1000 т добытого угля, и быстрый износ труб.

§ 3. Пневматическая закладка

Пневмозакладочный комплекс ПЗП пред­назначен для подготовки закладочного материала из рядовой шахтной породы и породы отвалов (терриконов), а также для по­следующей пневматической закладки выработанного пространства при разработке пологих пластов (до 25°) мощностью не менее 0,8 м.

В соответствии с технологическим назначением машины, вхо­дящие в комплекс, разделяются на дробильно-сортировочные и пневмозакладочные.

Дробильно-сортировочные машины комплекса (рис. 29.3) уста­навливаются в специальных камерах и выработках шахт, распо-

 

 

ложенных в районе околоствольного двора, главного откаточного или вентиляционного штрека.

Порода, предназначенная для дробления, поступает в ваго­нетках в круговой опрокидыватель /, из него — на колосниковую решетку 2, затем в бункер и на питатель 3. Негабариты, оста­вшиеся на колосниковой решетке, дробятся пневмобутовым мо­лотком 4. Питатель равномерно загружает породу на ленточный конвейер 5, с которого она поступает на питатель-классификатор 6, служащий для равномерной подачи породы в дробилку 7 пер­вичного дробления с одновременным отсевом породы класса, при­годного для пневмозакладки (менее 70 мм). Бункер 8 предназна­чен для посторонних предметов. С дробилки порода посредством питателя-классификатора 9 подается на дробилку 10 вторичного дробления до крупности, пригодной для пневмозакладки. Приго­товленный таким образом закладочный материал поступает в бун­кер, из него на питатель 11, а затем на ленточный конвейер 12, который грузит его в составы вагонеток через бункер 13 (или на другие средства транспорта) для доставки на участковый закла­дочный комплекс.

Пневмозакладочные машины комплекса располагаются на до­бычных участках в прилегающих к лаве выработках на расстоя­нии не более 170 м от забоя и периодически передвигаются вслед за его подвиганием. Закладочный материал, доставленный на участок в вагонетках (или другим способом), разгружается в кру­говом опрокиде 14 над бункером 15. Из него закладочный материал посредством питателя 16 и перегружателя 17 загружается в пнев-мозакладочную барабанную машину 18 типа ПЗБ. Сжатый воз­дух подводится к этой машине из шахтной пневмомагистралн с давлением 0,3—0,4 МПа. Пневмозакладочная машина обеспе­чивает равномерную загрузку закладочного материала в напорный пневмотранспортный трубопровод 20 и его укладку в выработан­ное пространство.

При применении в лаве выемочно-закладочного комплекса типа КЗД («Донбасс») с механизированной крепью 21 трубо­провод 20 крепится на специальных опорах к задним стойкам крепи, имеет боковые выпуски для распределения и укладки закладочного материала в выработанное пространство. Ограж­дающие резиновые щиты крепятся к секциям крепи со стороны выработанного пространства. Шаг закладки равен величине по­лезного захвата комбайна.

Пневмозакладочная машина барабанного типа ПЗБ (рис. 29.4) смонтирована на раме 1. Электродвигатель 2 через турбомуфту 3, редуктор 4 и зубчатую полумуфту 5 приводит во вращение верти­кально расположенный приводной вал дозирующего питателя-барабана 7, заключенный в кожух 8. Барабан имеет шесть ячеек, равномерно расположенных по окружности параллельно оси вра­щения.

Для предохранения дозирующего барабана от утечек сжатого воздуха и износа на его торцовых стенках (верхней и нижней)

13* 371

 

закреплены плиты 9 из износостойкого сплава. Такие же плиты 10 закреплены и на крышках питателя. Верхняя плита 10 выполнена подвижной и может перемещаться вместе с дозирующим барабаном в вертикальном направлении. Прижим ее к барабану производится гидроцилиндрами 13. В верхней крышке питателя имеются окна для крепления подводящего воздухопровода 12 с регулятором рас­хода воздуха //, а также выхлопных патрубков 14 и загрузочной воронки 15. К нижней крышке прикреплено переходное колено 6 для выпуска закладочного материала в трубопровод.

Закладочная машина типа ПЗБ снабжена пневмогидравличе-ским устройством 16 с регулируемым усилием для прижатия плиты износа верхней крышки к дозирующему барабану. Необходимое давление в маслосистеме регулируется посредством рукояток 17 и создается мультипликатором, который соединен с пневмосетыо через регулятор давления. Усилие прижатия плит регулируется путем изменения количества воздуха, поступающего в мульти­пликатор.

Принцип действия барабанной закладочной машины заклю­чается в следующем. Загружаемый в приемную воронку закладоч­ный материал последовательно заполняет ячейки вращающегося барабана, в которых он перемещается до тех пор, пока ячейка не совпадет с воздухоподающим и разгрузочным отверстиями. При этом закладочный материал выдувается из ячейки и через переход­ное колено 6 поступает в закладочный трубопровод. Оставшийся в ячейке сжатый воздух при дальнейшем вращении барабана по­ступает через выхлопной патрубок в атмосферу.

Дальность транспортирования закладочного материала до 372

 

500 м; диаметр трубопровода 175, 200 мм; производительность ма­шины до 200 м³/ч; масса 4,7 т.

Пневмозакладочный комплекс ПЗК предназначен для подготовки закладочного материала из рядовой шахтной по­роды и породы отвалов, доставки его в напорных пневмотранс-портных трубопроводах к очистным забоям на расстояние до 1,5 км и возведения закладочного массива.

Комплекс применяется на шахтах с крутым залеганием пластов и пологих пластов для выкладки бутовых полос при производи­тельности пневмозакладочных установок не более 60 м³/ч.

Машины, входящие в комплекс, разделяются на дробильно-сортировочные, которые выполнены в основном аналогично ком­плексу ПЗП (см. рис. 29.3), и пневмозакладочные.

В качестве пневмозакладочных машин в комплексе ПЗК при­менены две или три двухкамерные машины типа ДЗМ-2. Камерные машины транспортируют закладочный материал на расстояние до 1500 м, а барабанные — до 600 м. Камерные машины имеют более низкую производительность — 60 м³/ч, барабанные — до 200 м³/ч. Барабанные машины применяют как передвижные, ка­мерные — как стационарные, обслуживающие крыло, панель или две-три лавы. Камерные машины размещают возле дробильно-сортировочного оборудования комплекса обычно на групповых штреках или блоковых квершлагах.

По числу камер различают пневмозакладочные машины трех типов, одно-, двух- и трехкамерные. В СССР применяются двух­камерные ДЗМ2 (рис. 29.5). Машина ДЗМ2 имеет верхнюю камеру 1 с загрузочной воронкой 2, приводной цилиндр затвора 3 нижней камеры 4, воздухораспределительную коробку 5 с пневмомотором 6 для осуществления автоматического режима работы машины, за­движку 7 на трубопроводе сжатого воздуха, раму 8, на которой смонтирована машина, приводной цилиндр затвора верхней ка­меры 9, сопла (три) 10 на поддоне 11, внутренняя полость которого выполнена с трехсторонним скатом в сторону разгрузочной гор­ловины 13, конусообразный патрубок 12 для поступления сжатого воздуха в полость нижней камеры, регулирующий клапан 14, выхлопную трубу 15, уравновешивающий клапан 16.

Закладочная машина ДЗМ2 работает следующим образом. Закладочный материал через загрузочную воронку подается в верхнюю камеру машины, куда также поступает сжатый воз­дух. В результате поджима затвора верхней камеры к резино­вому уплотнению открывается затвор нижней камеры и закладоч­ный материал пересыпается из нее на дно поддона. Так как под­дон имеет наклон в сторону разгрузочной горловины, то закладоч­ный материал скатывается к горловине и далее увлекается через нее в пневмотранспортный трубопровод струей сжатого воздуха, непрерывно поступающего в полость нижней камеры через конусо­образный патрубок. Помимо этой основной воздушной струи на закладочный материал воздействуют еще три струи сжатого воз­духа из сопел и направляют закладочный материал от задней и

 

 

боковых стенок поддона в сторону разгрузочной горловины тру­бопровода.

Пневмозакладочный комплекс «Титан-1»

(рис. 29.6) предназначен для механизации закладочных работ при проведении подготовительных выработок по пласту с закладкой породы от подрывки в смежное выработанное пространство лавы или в раскоску штрека при проведении его широким забоем.

На рис. 29.7 показана технологическая схема закладочных работ с применением комплекса «Титан-1» при проведении вен­тиляционного штрека вслед за лавой при сплошной системе раз­работки. Оборудование комплекса, размещенное на тележках на колесном ходу в штреке, состоит из передвижной трансформатор­ной подстанции 1, передвижного распределительного пункта 2 с магнитными пускателями, воздуходувки 3 типа ВП-70, дробиль-но-закладочной машины 4 типа «Титан-Ь, породопогрузочной машины 5 (или проходческого комбайна избирательного действия), закладочного трубопровода 6 с отклоняющим патрубком 7 на конце, ограждающей металлической сетки 8 с ячейками- 5х X 5 мм.

После производства буровзрывных работ в штреке взорванная порода породопогрузочной машиной загружается в бункер дро-бильно-закладочной машины «Титан-1», где дробится до класса О—70 мм. Измельченная порода подается в закладочное устрой-374

 

 

 

ство машины, а из него порциями по 0,015 м³ подается в поток сжатого воздуха, поступающего из воздуходувки. Далее по тру­бопроводу закладочный материал транспортируется и уклады­вается в выработанное пространство лавы. Ширина закладочной полосы 2,4 м. Полоса ограждается металлической сеткой, которая прибивается к деревянным стойкам крепи. На конце трубопровода установлен шарнирный отклоняющий патрубок для направления закладочного материала в нужную точку закладываемой полосы. По мере ее заполнения трубопровод укорачивается на одну линей­ную секцию.

Производительность дробильно-закладочной машины «Титан-1» по разрыхленной породе 20—60 м³/ч, дальность транспортирова­ния по трубопроводу диаметром 175 мм до 75 м.

Глава 30