идравлическая закладка. Закладочный материал.

ЛЕКЦИЯ №28

Закладка выработанного пространства

Закладка заключается в заполнении выработок отходами производства: пустыми породами, хвостами обогатительных фабрик, металлическими шлаками или другим материалом. Это требует затрат, но дает возможность отработать запас этажа без оставления целиков, обрушения вмещающих пород и, следовательно, обеспечить минимальные потери и разубоживание руды, сохранить ненарушенными налегающие массивы и земную поверхность (при полной и плотной закладке), отрабатывать возгорающиеся руды, разместить под землей часть отходов производства.

В зависимости от порядка выполнения закладочных работ по отношению к очистной выемке различают закладку одновременную и последующую.

Одновременную закладку производят по мере отработки камеры или блока горизонтальными (реже наклонными) слоями. Поверхность закладочного массива часто используют как платформу для производства работ по отбойке руды и доставке. При выемке слоями, начиная с нижнего, закладка поддерживает бока очистного пространства, а если блок вынимают слоями в нисходящем порядке, то затвердевший закладочный массив может служить также искусственной кровлей очистных выработок.

Последующую закладку производят после отработки очистной камеры. Она служит для создания благоприятных условий при предстоящей отработке целиков, а также для сохранения земной поверхности, вышележащих выработок и т.п.

 

Классификация способов закладки

 

Первоначально появилась сыпучая закладка, сухая, затем гидравлическая. Однако практика выявила следующие существенные недостатки сыпучей закладки. В связи со значительным уплотнением (усадкой) не обеспечивается поддержание налегающих пород и дневной поверхности. В блоках, граничащих с сыпучей закладкой, особенно в целиках, резко возрастают трудоемкость работ, потери и разубоживание руды. При выемке блоков в восходящем порядке горизонтальном слоями требуется высококачественный настил на поверхности каждого слоя во избежание больших потерь рудной мелочи в закладке; потери эти создают пожароопасность при возгорающейся руде.

Эти недостатки привели к тому, что с конца сороковых годов применение закладки стало резко сужаться, а закладка исчезла на целом ряде рудников, где раньше применялась повсеместно.

 

Классификация способов закладки по М. Н. Цыгалову

Наименование классов, групп и способов закладки

Особенности, требующие пояснения

I. Твердая (монолитная) закладка 1. Твердеющая закладка а) твердеющая литая закладка (обычно называется просто «твердеющая закладка») б) инъекционная закладка   в) твердеющая раздельная закладка 2. Ледяная закладка а) собственно ледяная б) ледяная с песком, дробленой породой и т.д. 3. Блочная закладка   II. Сыпучая закладка   1. Гидравлическая   2. Сухая закладка а) самотечная закладка   б) механическая закладка   в) пневматическая закладка

Закладочный массив представлен монолитом С вяжущими веществами, реагирующими с водой В выработанное пространство подается готовая смесь Заполнитель пропитывают вяжущим раствором в выработанном пространстве Заполнитель и вяжущее подают раздельно и смешивают в выработанном пространстве Послойное намораживание Для условий многолетней мерзлоты     Каменные блоки скрепляют вяжущим раствором Закладочный массив представлен не связным материалом Закладочный материал (з.м.) перемещается водой по трубам   З. м. заполняет выработку под действием силы тяжести З. м. распределяют в выработке машинами механического действия З. м. транспортируют по трубам и забрасывают в выработку сжатым воздухом

В конце шестидесятых годов появилась монолитная закладка, более дорогая (за счет применения вяжущих веществ), по своим свойствам подобная искусственному камню; причем на поверхности ее смогли работать тяжелые самоходные машины по бурению шпуров, погрузке и доставке руды.

На базе этого нового способа закладка получила как бы второе рождение: применение ее резко расширилось на рудниках цветной металлургии и охватило ряд железных рудников. Это позволило начать разработку самых сложных месторождений: на больших глубинах, под обводненными породами, неотработанными запасами полезного ископаемого, зданиями и сооружениями, при сильно возгорающейся руде и т.п., причем были созданы и создаются системы разработки, при которых работают вблизи закладочного массива теми же методами, что и около массива устойчивости пород.

 

плотнение закладки.

Закладочный массив постепенно уменьшается в объеме. Коэффициент усадки закладочного массива, %,

=

Где - объемы закладочного материала соответственно в момент возведения и ко времени, когда уплотнение практически прекращается.

Коэффициент усадки зависит от способа закладки, гранулометрического состава материала (при одинаковой крупности всех частиц усадка больше), наличия глинистых и других пластичных добавок (уменьшающих усадку), а также от горного давления. Самая большая усадка присуща сухой самотечной закладке, самая низкая – монолитной.

идравлическая закладка. Закладочный материал.

Для гидрозакладки используют преимущественно отходы производства – хвосты обогатительных фабрик и гранулированные шлаки, но применяют и естественные пески с небольшой примесью глины (для меньшего износа труб) или, реже, дробленые скальные породы. Крупность материала не должна превышать 50-80 мм, чтобы он мог перемещаться по трубам. В выработанном пространстве частицы должны выпадать из пульпы, поэтому количество илистых (примерно менее 0,05 мм) фракций не должно превышать 10÷15 %. При абразивном материале во избежание чрезмерного износа труб желательно, чтобы он содержал 10 – 15 % илистых фракций.

Консистенцию пульпы выражают соотношением твердого и жидкого Т: Ж в единицах массы. При недостаточном разжижении затрудняется транспортирование, при излишнем – увеличивается время дренажа, загрязняются выработки, возрастают расходы на водоотлив. Отношение Ж: Т по массе составляет для песка (0,6÷1):1, для гранулированных шлаков (1,5÷2,1):1, для дробленой породы крупностью минус 50 мм (2 ÷4):1.

Подготовка закладочного материала и образование пульпы. При сухих материалах – это осуществляют на дробильно–сортировочной и смесительной установках.

Дробильно–сортировочные установки располагают на поверхности в районе добычи (получения) закладочного материала или на промплощадке рудника. Естественные пески, шлаки, дробленые породы сортируют на грохотах, где удаляют избыток мелких фракций. Нередко закладочные материалы равной крупности смешивают в определенных пропорциях.

Смесительные установки для получения пульпы располагают на поверхности (при большой производительности закладочных работ – порядка 100÷150 м³/ч) или под землей в смесительных камерах. В последнем случае складируют закладочный материал в породоспусках. Исходные материалы для гидрозакладки дозируют перед подачей их в трубопровод. Иногда приготовляют пульпу на смесительных желобах (лотках). Закладочный материал из промежуточного бункера равномерно поступает на желоб, куда гидромонитором подают воду под давлением 4÷5 даН/см². Гидросмесь стекает в приемную воронку трубопровода, перекрытую решеткой, чтобы не попадали крупные куски. Дополнительно в воронку подают воду для разжижения пульпы.

В отдельных случаях приготовляют пульпу на сезонных смесительных складках на поверхности или смесительных воронках.

На смесительных складах размывают закладочный материал струей воды из гидромонитора. Угол наклона пола выбирается таким, чтобы пульпа могла стекать только при разжижении, достаточном для перемещения по трубам до заданного участка. Для более отдаленных участков приходится снижать плотность пульпы и соответственно уменьшать угол наклона площадки.

Дробленых скальных пород стальные трубы пропускают до полного износа лишь 100÷150 тыс. м³.

Используют трубы, армированные износоустойчивыми материалами (хромоникелевой или марганцовистой сталью, литым базальтом, резиной, бетоном и т.д.), или трубы со съемной футеровкой из дерева, стекла и т.п. Иногда армируют или футеруют лишь закругления и первые за коленами трубы, которые изнашиваются особенно сильно.

При использовании малоабразивных закладочных материалов (мелких со значительным содержанием илистых фракций) стальные трубы соединяют сваркой.

Диаметр труб при использовании хвостов обогатительных фабрик принимается от 75 до 150 мм, для естественных песков и гранулированного шлака – 100 – 150 мм, для кусковых дробленых пород – от 150 до 200 – 250 мм, в зависимости от требуемой производительности.

Возведение и дренаж закладочного массива. Пульпа растекается в выработанном пространстве под углом от 5 до 15° к горизонту. Примыкающие к выработанному пространству горные выработки должны быть заперемычены или обшиты.

Перемычки бывают фильтрующими или глухими. Фильтрующие изготовляют из распорных стоек или костров, обшитых досками, щели между которыми заполняют сеном или паклей. При содержании в пульпе большого количества шламов прибивают на доски мешковину. Со временем фильтрующая способность перемычек и обшивок ухудшается и они становятся глухими.

Иногда (главным образом над восстающими, чтобы предохранить их от капежа) перемычки делают сразу глухими, изготовляя их из бетона или дерева, обитого пластмассовыми пленками, просмоленной картонообразной бумагой и т.д. При этом в закладочном пространстве возводят дренажные трубы с отверстиями в стенках. Трубы эти деревянные или, реже, металлические, снаружи их обтягивают мешковиной, чтобы отверстия не забивались песком и не было большого выноса мелких фракций.

Намывают закладочный массив по площади слоя с помощью резинового шланга, соединенного с трубопроводом.

По поверхности вновь уложенного массива уже через несколько часов могут перемещаться люди и механизмы; окончательное уплотнение занимает несколько суток.

Сдренированная вода содержит мелкие (размером менее 0,05 мм) частицы в количестве 3÷5 % и более. Она поступает в водоотливные канавки, которые требуют постоянной очистки, и по ним в отстойники (подземные или, реже, поверхностные).

Подземные отстойники – это горизонтальные выработки, расположенные на 3÷4 м ниже откаточного горизонта. Стационарные отстойники располагают у околоствольного двора, около насосной станции, для временных используют старые горные выработки вблизи закладываемых блоков.

Очищают стационарные отстойники так же, как водосборники шахтного водоотлива. Иногда сдренированную воду подают прямо в водосборники шахтного водоотлива. Временные отстойники чаще заполняют шламом и больше не используют.

Технико–экономическая характеристика и сравнительная оценка гидрозакладки. Наиболее экономичны крупные комплексы, использующие хвосты обогатительных фабрик.

Производительность комплекса 50÷100 м³/ч, редко до 200÷300 м³/ч. Производительность труда рабочего по закладке 8÷25 м³/смену. Усадка закладки 7÷10 %.

Затраты на закладочный материал составляют при использовании хвостов обогатительных фабрик только 25÷35 % и меньше от всех расходов на гидрозакладку, для шлака и дробленых пород 60÷65 %, для песка около 40 %.

Достоинства гидравлической закладки по сравнению с сухой: полная механизация и возможность автоматизации закладочных работ; высокая производительность труда; значительная плотность, хорошее заполнение всех пустот; высокая интенсивность работ.

Недостатки: загрязнение выработок; необходимость осветления воды; более высокие капитальные затраты по сравнению с сухой закладкой; сыпучесть закладки, в отличие от твердеющей.

При отсутствии особых требований к плотности и прочности гидрозакладка обычно выгоднее других способов закладки.

 

Сухая закладка

 

Сухая закладкам бывает самотечной, механической и, в редких случаях, пневматической.

Самотечная закладка применяется последующая (после полной отработки очистной камеры) и редко одновременная (при выемке руды наклонными слоями). Материал – пустые породы, получаемые попутно при проведении горных выработок (чем исключается выдача пустых пород из шахты), а также пески (обычно с примесью глины), гравий и скальные породы, поступающие с отвалов или специально добываемые открытым и, реже, подземным способом для целей закладки.

Для достаточной плотности закладочного массива желательно, чтобы размер кусков породы не превышал 150÷200 мм. Это способствует и сохранению крепи породоспусков.

Самотечная закладка отличается высокой производительностью и небольшой себестоимостью, но коэффициент усадки значителен: при мелкокусковом материале - 15 ÷20 %, при крупнокусковом – до 30÷35 %. Верхняя часть выработанного пространства может быть заполнена лишь с помощью закладочных машин, о которых сказано ниже.

Механическая закладка. Закладочный материал распределяют в очистном пространстве с помощью самоходного оборудования, скреперных установок или конвейеров. Испытывались, но не получили распространения метательные закладочные машины.

Закладочный материал транспортируют по вентиляционному горизонту в вагонах или, реже, конвейерами и самоходными машинами до закладочного восстающего. Последний служит для самотечного спуска закладочного материала в очистное пространство или выработки блока, по которым далее перемещают материал механизированным способом.

Обычно механическую закладку производят по мере выемки блока горизонтальными (или слабонаклонными) слоями, начиная с нижнего слоя.

Общие преимущества использования самоходного оборудования на пневмоколесном ходу относятся и к закладочным работам.

Для пневмоколесного хода требуется высокая плотность закладываемого массива и, более или менее, ровная поверхность его, что ограничивает крупность кусков.

Применяют самоходные вагоны, которые загружают из восстающих, или погрузочно–доставочные машины; в последнем случае закладочный материал спускают из восстающего на почву очистного пространства.

Самоходные вагоны грузоподъемностью 1,5÷3 т доставляют 100÷150 т в смену на расстояние 25÷50 м; грузоподъемности 12÷20 т - 500÷100 м.

При послойной закладке используют скреперные установки мощностью 15 -30 кВт, а при разработке тонких жил – мощностью 10 кВт. Скреперуют закладочный материал на расстояние 10÷30 м. Плотность закладочного массива невысокая (коэффициент усадки до 20÷30 %); под кровлей остается незаполненное пространство высотой не менее 0,5÷0,7 м. При послойной закладке скреперные установки в значительной мере вытесняются самоходным оборудованием.

При последующей скреперной закладке используют мощные скреперные установки (50÷100 кВт).

Конвейерная закладкавстречается редко, так как требует частого переноса конвейеров. Применена на отдельных рудниках ФРГ при разработке крутых маломощных жил; конвейеры используются качающиеся секционные. Закладочный материал имеет крупность до 150 мм. После того как отбитая руда удалена из забоя, у рудного конвейера снимают крайний рештак и наращивают им закладочный конвейер.

Метательные машины. Загружают машину ленточными конвейерами. Материал поступает на движущуюся ленту машины через воронку и выбрасывается на расстояние только 6÷10 м, поэтому машину часто надо передвигать.

Коэффициент усадки закладки 20÷30%.

Метательными машинами можно заложить выработанное пространство под самую кровлю. Однако жесткие требования к гранулометрическому составу и абразивности закладочного материала, небольшая дальность метания, износ ленты (обычно менее чем на 1 мес) и необходимость в дробилке и конвейере привели к тому, что метательные машины не получили применения практически нигде.

Пневматическая закладка. Применяется сравнительно редко. Энергия струи сжатого воздуха используется для перемещения материала по трубам и забрасывания его в выработанное пространство. Материалы – главным образом дробленные (крупностью от 5 до 80 мм) неабразивные породы с примесью глины (до 10÷15 %).

В горнорудной промышленности используют главным образом переносные пневмозакладочные машины, аналогичные по назначению метательным машинам. Они доставляют материал по трубопроводу на расстояние до 50÷80 м (поступающий через сопло Лаваля воздушный поток увлекает закладочный материал, подаваемый в трубу через воронку), а иногда только забрасывает закладочный материал в выработанное пространство на расстояние до 15-20 м (эжекторные машины).

Производительность эжекторных машин до 30÷60 , расход сжатого воздуха около 150 на 1 закладочного материала.

Преимущества пневматической закладки по сравнению с механической: более высокая плотность (коэффициент усадки 10÷15%, редко до 25%); возможность закладки под кровлю выработанного пространства. Однако пневмозакладка характеризуется большим пылеобразованием и значительным износом труб и машин. Жесткие требования предъявляются к закладочному материалу в отношении его абразивности, гранулометрического состава и содержания глины. Высок расход сжатого воздуха.