Техническая характеристика комплекса «Титан-1»

Производительность по разрыхленной породе, м^3/ч	20—60
Дальность транспортирования материала по трубопро­воду, м	До 75
Число обслуживающих рабочих
Максимальные размеры кусков после дробления, мм
Размеры дробильно-закладочной машины, мм:
длина
ширина
высота	2000—2200
Масса машины, кг
Размеры воздуходувки ВП-70, мм:
длина
ширина
высота
Масса воздуходувки, кг
Диаметр закладочного трубопровода, мм

 

Комплекс применяется при работе очистного забоя с индиви­дуальной крепью. На участке очистного забоя, позади которого выкладывается бутовая полоса, крепь деревянная. Ширина закла­дываемой породой полосы — до 35 м (рис. 5.24).

Работает комплекс «Титан-1» следующим образом. Взорванная при проведении выработок порода грузится породопогрузочной машиной 1 в приемный бункер 2 дробильно-закладочной машины 5. Измельченная порода подается в закладочное устройство 4, а затем порциями по 0,015 м³ — в поток сжатого воздуха, поступающего от воздуходувки 5, и по закладочному трубопроводу 6 попадает в выра­ботанное пространство. Закладка ведется полосами шириной 2,4 м. В качестве ограждения применяется металлическая сетка с ячей­ками 5x5 мм, которая прибивается к стойкам крепи.

Для формирования породной полосы на конце трубопровода установлен шарнирный отклоняющий патрубок. По мере заполнения огражденного пространства трубопровод укорачивают на одну линейную секцию.

Хронометражными наблюдениями установлено, что время выпол­нения закладочных работ составляет около 23% общего времени проходческого цикла.

Плотность породной полосы при закладке сухим материалом составляла 0,74 и при влажном 0,77 от плотности породы в массиве.

Применение пневматической закладки при выкладке бутовых полос вслед за подвиганием очистного забоя дает возможность пол­ностью механизировать этот процесс и значительно сократить чис­ленность проходческих бригад.

При пневматической закладке трудоемкость работ по укладке породы в выработанное пространство составляет 44 чел.-смены на 1000 т добычи.

Затраты на возведение 1 м³ закладочного массива (без стоимости закладочных материалов) пневматическим способом по отдельным элементам составляют, %: зарплата рабочим — 36; приготовление и доставка закладочных материалов — 20; сжатый воздух — 20; материалы (трубы, лес) — 14; амортизация оборудования и др. —10.

Рис. 5.24. Технологическая схема закладочных работ

 

Пневматическая закладка может применяться в различных горно-геологических условиях и при разных системах разработки.

Достоинства пневматической закладки: простота возведения за­кладочного массива, сравнительно высокая плотность закладочного массива (усадка 20—30%), возможность возведения закладочного массива почти под кровлю выработанного пространства, благоприят­ные условия для комплексной механизации и автоматизации работ.

Основные недостатки пневматической закладки: значительное пылеобразование, высокие капитальные затраты на закладочное и силовое оборудование, высокий расход сжатого воздуха, повышен­ные требования к закладочному материалу, быстрый износ трубо­проводов.

 

 

Гидравлическая закладка

Процесс гидравлической закладки включает в себя: подготовку закладочного материала, смешивание его с водой, гидротранспорти­рование пульпы по трубам до выработанного пространства, подго­товку выработанного пространства к закладке и возведение закла­дочного массива, отвод и осветление воды и откачку ее на поверх­ность.

Эффективность гидравлической закладки во многом зависит от гранулометрического состава и консистенции пульпы. Поэтому к пульпе предъявляются жесткие требования.

Отношение твердого составляющего в пульпе к содержащейся в ней воде (T: Ж) при применении песка должно составлять от 1: 1 до 1: 1,5. При использовании более крупных материалов отноше­ние T: Ж резко возрастает и доходит до 1: 6. Отношение это можно принимать по данным табл. 5.4.

Если пульпа подготавливается смывом твердого материала гидро­мониторами, ее сгущают с помощью специальных сгустителей.

Рациональная консистенция пульпы может быть определена по формуле польского ученого В. Будрыки

(5.15)

где J_с — отношение общей длины вертикальных участков трубопро­вода к общей длине горизонтальных участков (включая суммарную длину трубопровода);

A_с — средний коэффициент сопротивления движению пульпы,

 

Tаблицa 5.4

Закладочный материал	Максимальная крупность кусков материала, мм	Отношение T: Ж
Песок Гранулированные шлаки Дробленые породы	2—3 20—30 40-60	От 1: 1 до 1: 1,5 От 1: 1,5 до 1: 2,1 От 1: 2 до 1: 6

 

(5.15)

где g_П — средняя плотность пульпы, т/м³;

å L_ТР — суммарная длина горизонтальных участков трубопровода, м;

a_Т — угол наклона отдельных участков трубопровода, градус;

f_П — коэффициент трения закладочной пульпы о стенку трубы (в среднем принимается равным 0,12).

Рис. 5.25. Принципиальная схема гидрозакладоч­ного комплекса

 

Важным показателем закладочного массива является коэффи­циент фильтрации, определяемый как количество воды (см³), про­ходящее через единицу площади массива (см²) в единицу времени (с).

Коэффициенты фильтрации для некоторых материалов состав­ляют:

Песок......................... 0,0068—0,04

Аргиллиты....................... 0,14

Порода из отвалов................... 0,19

Округлые куски породы размером 50 мм........ 15,0

Остроугольные куски породы............ 19,0

Для ведения закладочных работ на шахте оборудуется гидро­закладочный комплекс. Принципиальная схема его показана на рис. 5.25.

Закладочный материал из бункера 1 подается на смесительный лоток 2 смесительной камеры, на котором он размывается струей воды из гидромонитора 3. Образовавшаяся пульпа стекает в прием­ную воронку и далее — в пульповод 4, по которому движется до выработанного пространства, подлежащего закладке. В выработан­ном пространстве пульпа сбрасывается и твердые частицы, выпадая, образуют закладочный массив 5, а вода по дренажной трубе 6 (или канавке) отводится в подземный водоотстойник 7. Отсюда насосами 8 по трубопроводу 9 осветленная вода перекачивается в смеситель­ную камеру для повторного использования или в водоотстойник 10 на поверхности. Из водоотстойника вода насосами 11 подается в сме­сительную камеру. Убыль воды периодически восполняется из дру­гих источников. Трубопровод, по которому транспортируется пульпа, состоит из вертикальных и горизонтальных частей. Вертикальная часть его обеспечивает давление для перемещения материала по горизонтали с необходимой скоростью. Практически рабочая ско­рость движения пульпы в трубопроводе диаметром 150 мм прини­мается для мелкозернистых материалов 2,5—3,5 м/с, а для куско­вых — 3,5—4 м/с. Движение пульпы под действием естественного давления обеспечивается при отношении вертикальной части к гори­зонтальной от 1: 4 до 1: 14. При отношениях от 1: 0,6 до 1: 2 возможны чрезмерно большие скорости движения пульпы.

Расстояние по горизонтали, на которое пульпа может быть подана под действием естественного давления, рассчитывается по формуле

(5.17)

где g — ускорение свободного падения, м/с²;

Н_Н — высота естественного напора (высота вертикальной части трубопровода), м;

h_Д — остаточное давление, под действием которого пульпа выли­вается из выходного отверстия трубопровода, м вод. ст.;

D_ТР — диаметр трубопровода, м;

v_П.Т — скорость движения пульпы, м/с;

l_П — коэффициент сопротивления движению пульпы, зависящий от удельного веса пульпы g_П,

(5.18)

åL_ЭКВ — суммарная длина условного трубопровода, эквивалентная по потерям всем местным сопротивлениям (коленам, от­ветвлениям и т. д.); при диаметре труб 50 и 200 мм åL_ЭКВ составляет для задвижек соответственно 0,5 и 3 м, для ко­лен — 0,3 и 2 м.

Для транспортирования пульпы используют армированные изно­соустойчивые трубы диаметром от 50 до 200 мм.

Закладочные работы в очистных забоях состоят из двух основ­ных операций: подготовки выработанного пространства лавы или камеры к закладке и намыва закладочного массива. Подготовка к закладке сводится к возведению перемычек и устройству дренаж­ных каналов.

Перемычки обычно возводят из дерева, ткани, металлической сетки и др. Они могут быть переносными. Необходимые размеры пере­мычек обусловливаются протяженностью перекрываемого вырабо­танного пространства и давлением, которое может быть передано на перемычки. Конструкция отшивки из стоек 1, двойного шпунта 2, рядов проволоки и натянутого на них полотна показана на рис. 5. 26.

Рис. 5.26. Конструкция отшивки

Выработанное пространство, подлежащее закладке, отшивают со стороны забоя и со стороны разрезных печей обрезными досками и мешковиной. В отшивке устраивают водоспускные окна, а по уклону до отстойника прокладывают водоспускной деревянный желоб 3.

Ширина закладываемого пространства (шаг закладки) опреде­ляется горно-геологическими условиями залегания пласта, поведе­нием кровли и видом закладочного материала и изменяется от 3 до 8 м.

Возведение закладочного массива может производиться при фронтальном (рис. 5.27, а) и торцевом (рис. 5.27, б) выпуске гидро­смеси. При фронтальном выпуске гидросмеси трубопровод диамет­ром 185—200 мм подвешивают вдоль лавы к крепежным стойкам у кровли пласта. Через каждые 10 м от трубопровода отходят от­ветвления в закладываемое пространство. При возведении закладоч­ного массива из песка даже при пологом падении можно, не укорачи­вая трубопровода, за одну операцию заложить полосу шириной 8 м и длиной по падению 40—50 м. Уплотнение песчаного закладочного массива происходит быстро за счет гравитационных сил фильтрации. При использовании дробленых пород их куски могут скапливаться вблизи выходного конца трубопровода, вследствие чего размеры закладываемого с одного пункта пространства оказываются неболь­шими. Торцевой выпуск гидросмеси производят при слабой кровле и минимальном шаге закладки.

Рис. 5.27. Схема возведения закладочного массива в лаве на пологом пласте

 

Оценка качества закладочных работ производится с помощью коэффициента заполнения выработанного пространства. Этот коэф­фициент выражает отношение объема поданного закладочного мате­риала в разрыхленном состоянии к объему выработанного простран­ства, подлежащего закладке. Для закладочного массива из песка максимальное значение коэффициента заполнения достигает 0,95, а в среднем он равен 0,85—0,9.

При намыве закладочного массива мелкозернистым материалом вода должна быть сдренирована, в противном случае гидравлическое давление может разрушить перемычки. Поэтому, в забое должны предусматриваться фильтрующие и дренажные устройства.

Для осветления воды применяют отстойники. Они могут быть поверхностными и подземными, стационарными и временными. Широкое распространение находят водосборные штреки, проводи­мые на 3—4 м ниже откаточных. Сечение водосборного штрека 6—7 м², скорость движения воды в нем не должна превышать 0,85 м/с. Очистка отстойников производится с помощью грязевых насосов для погрузочных машин.

Основными элементами расходов при гидравлической закладке являются добыча и приготовление закладочных материалов, транс­порт, амортизация закладочного оборудования и расходы на водо­отлив.

Затраты на возведение 1 м³ закладочного массива распределяются примерно следующим образом (в копейках):

Ведение закладочных работ.............. 20—50

Электроэнергия и водоотлив.............. 10—15

Материалы (лес и др.)................. 5—20

Закладочный материал................. 30—60

Производительность гидравлических закладочных комплексов составляет от 40 до 200 м³/ч и более твердого при расходе воды 1,5—2,5 м³ на 1 м³ песка или шихты.

Плотность закладочного массива зависит от вида закладочного материала, его гранулометрического состава, пористости и струк­туры грунтового скелета. Наибольшая усадка характерна для дроб­леных пород, а наименьшая — для песка.

Прочность закладочного массива составляет от 5 до 100 кгс/см².

Достоинства гидравлической закладки: высокая степень механи­зации, малая трудоемкость закладочных работ, простота оборудо­вания, высокая производительность закладочного комплекса, не­большая величина усадки возводимого массива.

Недостатком гидрозакладки является подача в шахту большого количества воды, которая увлажняет воздух и загрязняет мелкими фракциями закладочного материала горные выработки. Для освет­ления воды требуются дополнительные выработки, а для откачки — насосные установки.

Невозможность совмещения работ по возведению закладочного массива с выемкой угля в очистном забое снижает нагрузку на очист­ной забой.

 

Твердеющая закладка

При разработке запасов под действующими или потушенными по­жарами, а также на участках, опасных по прорыву глин, выемочное поле может быть заранее оконтурено изоляционными полосами * (* - Идея создания изоляционных полос принадлежит В. Ф. Парусимову).

Возведение таких полос позволяет основные запасы вынимать с обрушением кровли. Полосы могут выполнять функции опорных целиков, и их можно располагать в зонах повышенного горного давления.

Изоляционные полосы могут возводиться из бетона или из по­родных горельников и перегоревших пород отвалов. Прочность полос — до 100—150 кгс/см². Возведение полос из породы может производиться пневматическим способом.

Хорошие результаты дает применение твердеющих закладочных материалов. Для этого используют смесь инертных материалов с вяжущими добавками, которые, реагируя с водой, способствуют образованию монолитного массива. В качестве вяжущего исполь­зуют цемент, природные химические соединения (гипс, ангидрит, пирротин), а также молотые шлаки доменного производства.

 

Рис. 5.28. Комплексная схема механизации при гидравлической закладке

 

Закладочные материалы с добавкой цемента быстро твердеют и обеспечивают прочность массива, но себестоимость таких материа­лов высока.

Приготовляться закладочные смеси могут на поверхности с по­следующим транспортированием их по трубам или в шахте с достав­кой к месту укладки механическим способом.

 

 

Закладочные комплексы

 

Для повышения эффективности закладочных работ используют за­кладочные комплексы.

Гидрозакладочные установки могут работать под действием естественного и искусственно создаваемого давления. Обычно гидравлическое транспортирование породы в выработанное пространство производится под действием естественного давления гидросмеси.

Рис. 5.29. Схема комбинированной закладочной установки:

1 — здание со шлюзом; 2 — бункер для гидросмеси; 3 — узел разгрузки; 4 — регулятор; 5 — гидропитатель; 6 — высоконапорный насос; 7 — насос для гряз­ной воды; 8 — водоем; 9 — трубопровод; 10 — водовод

 

Искусственно создаваемое давление используют, когда надо увели­чить дальность транспортирования. При работе гидрозакладочной установки необходимо поддерживать заданный режим гидрав­лического транспортирования закладочного материала, при ко­тором достигаются максимальная производительность установки и наименьший расход воды. Для управления этим процессом тре­буется равномерная подача породы и воды. Рассмотрим схему работы гидрозакладочной установки (рис. 5.28). Закладочный материал из бункера 1 с регулируемой секторной задвижкой 2 подается питате­лем 3 в смесительную воронку 4. Вода подается к смесительной воронке по трубопроводу 6. Постоянный расход воды устанавливается вентилем 5. Вблизи от шурфа устраи­вают резервуар 7 для воды, в который ее подают по от­ветвлению 8 трубопровода с вентилем 9. Внизу резервуар сообщается с трубопро­водом 10. Пропускная спо­собность трубопровода 10, регулируемая вентилем 11, больше, чем приток воды через трубопровод 8. Сле­довательно, благодаря нали­чию в резервуаре 7 запаса воды рабочий трубопровод постоянно заполнен ею. Ре­гистрация скорости истече­ния воды из резервуара осу­ществляется прибором с турбинкой 12 или поплавковым устройством 13.

Для аккумуляции и сгу­щения гидросмеси закладочный материал поступает в бункер-зумпф, который за­полняется водой из поверх­ностного водоема (рис. 5.29).

Пневматическая закладка может вестись с поверхности, с вентиляционного горизонта или из выработок выемоч­ного участка. Закладочные комплексы могут быть ста­ционарными и передвиж­ными. Для стационарных комплексов применяют ка­мерные закладочные машины, а для передвижных — ба­рабанные.

Комплекс для пневматической закладки со стацио­нарной установкой состоит из следующих основных уз­лов (рис. 5.30): камеры 1, в верхней части которой размещается герметический затвор 2, и дозирующего колеса 5, которое в нижней части камеры сообщается с трубопроводом гравитационного спуска 4. Этот трубопровод на сопряжении восстающей выработки с горизонтальной переходит в пневмотрубопровод 5, куда подводится сжатый воздух. Воздухо­провод 6 проходит по восстающей выработке так, что вентиль для включения воздуха находится на рабочей площадке 7 машиниста; отсюда осуществляется управление затворами камеры закладочной машины и бункера 8 посредством пневматического цилиндра 9.

Емкость бункера 8 в зависимости от производительности уста­новки составляет 15—20 м³, а емкость камеры закладочной машины 1 — не менее 8—10 м³.

Закладочные комплексы со стационарной закладочной машиной бункерного типа предназначены для обслуживания нескольких забоев. При работе от компрессора эти комплексы могут иметь магистральные пневмопроводы значительной протяженности.

При возведении закладочного массива в выработанном простран­стве лавы распространена схема, при которой закладочную машину устанавливают в вентиляционном штреке. Сжатый воздух поступает из пневматической сети, порода подается в машину ленточным конвейером, на который она поступает из небольшого бункера. Закладочные комплексы, оборудованные по этой схеме, включают центральные или участковые пункты для приготовления закладоч­ных материалов, расположенные на поверхности или в шахте.

 

Рис. 5.30. Однокамерная пневматическая машина для закладочного комплекса

 

 

Выбор способа закладки

 

При выборе способа закладки необходимо учитывать комплекс факторов.

Важное значение имеет плотность закладочного массива, характе­ризуемая процентом усадки. Этот показатель для различных спосо­бов закладки равен:

Усадка, %

Гидравлическая.................... 10—15

Пневматическая.................... 10—20

Механическая (метательными машинами).....25—30

Самотечная на крутых пластах:

при мелкозернистой породе............ 20—25

при породе в крупных кусках........... 25—40

Таким образом, по плотности закладочного массива на первом месте стоит гидравлическая закладка. Наибольшая усадка у само­течной закладки.

С точки зрения требований к гранулометрическому составу закладочных материалов наиболее благоприятными являются само­течный и скреперный способы закладки. Размеры кусков породы при самотечной закладке ограничиваются только условиями перемеще­ния в вагонетках и на конвейере, а также силой ударов об отшивку при скатывании крупных кусков в выработанное пространство. При механической закладке предъявляются более жесткие требова­ния к размерам кусков породы и к содержанию глинистых примесей. Наибольшие требования к закладочному материалу предъявляются при пневматическом и гидравлическом способах закладки.

Производительность самотечной, пневматической и гидравличе­ской закладки зависит от производительности транспортирующих средств.

Наиболее универсальной является пневматическая закладка, которая может применяться при любых системах разработки в раз­личных условиях.

С точки зрения удобства транспортирования преимущество имеют гидравлический и пневматический способы закладки.

По капитальным затратам наиболее экономичной является само­течная закладка, приближается к ней в этом отношении механиче­ская. Капитальные затраты при гидравлической закладке возра­стают в основном вследствие высоких затрат на водоотливные устрой­ства, а при пневматической — вследствие применения воздуходувок или компрессоров.

По энергоемкости наиболее экономичны самотечная закладка и близкая к ней по потреблению энергии механическая. Наиболее высокий расход энергии характерен для пневматической закладки: на 1 м³ закладочного материала он составляет около 10—15кВт×ч.

Наибольший износ оборудования имеет место при пневматиче­ской закладке.

С точки зрения создания благоприятных условий труда (в отно­шении запыленности и влажности воздуха) лучшей является само­течная закладка и худшей — пневматическая.

Наименьшая трудоемкость закладочных работ обеспечивается при гидравлической и пневматической закладке.

Выбор способа закладки в большой степени зависит также от того, какие объекты, пласты или слои подрабатываются. Если тре­буется плотный закладочный массив, то применяется гидравличе­ская или пневматическая закладка.

Таким образом, выбор способа закладки должен производиться с учетом всех факторов после тщательного технико-экономического анализа вариантов.