Способ закладки выработанного пространства

 

Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано при подземной разработке месторождений полезных ископаемых с закладкой выработанного пространства твердеющими материалами. Цель изобретения - формирование монолитного закладочного массива из жестких закладочных смесей с низким содержанием вяжущего и обеспечение возможности их транспортирования. Для зтого подготавливают инертный материал и подают его в трубоп- ^ровод с несущей жидкостью, отделяют последнюю ot закладочной^ смеси в конце транспортирования и возвращают в трубопровод. В качестве несущей жидкости используют пульпу, содержащую раствор вяжущего и тонкодисперсный наполнитель. Объем пульпы в трубопроводе поддерживают путем подачи ее совместно с инертным материалом. Содержание несущей жидкости в закладочной смеси поддерживают в пределах 10-40%. Наличие вяжущего и наполнителя в закладочной смеси в определенном количестве позволяет транспортировать и формировать закладочный массив заданного качества. 1 з.п. ф-лы, 3 табл., 1 ил.•Sё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю Е 21 F 15/00

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

О

ОС

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4749342/03 (22) 27.07.89 (46) 07.02.92. Бюл. hL 5 (71) Горный институт Кольского филиала им.

С.М.Кирова АН СССР (72) А.А.Леонтьев и B.Ï.Конохов (53) 622.273,2 (088.8) (56) Добровольский В.B. и др, Совершенствование гидрозакладочных установок на шахтах Кузбасса .— М.: ИГД, 1970, с. 23 и 24. (54) СПОСОБ ЗАКЛАДКИ ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА (57) Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано при подземной разработке месторождений полезных ископаемых с закладкой выработанного пространства твердеющими материалами. Цель изобретения — формирование монолитного закладочного массива из жестких заклаИзобретение относится к горному делу и может быть использовано при подземной разработке месторождений полезных ископаемых с закладкой выработанного пространства твердеющими материалами.

Известен способ закладки выработанного пространства твердеющими смесями, включающий приготовление пластичной закладочной смеси и транспортирование еепо трубопроводу с последующей укладкой в камеру для формирования искусственного массива.

Недостатками этого способа являются повышенный удельный расход воды (450 л/м и более) для придания необходимой пластичности транспортируемой смеси и, в связи с этим, перерасход вяжущего на фор-. мирование искусственного массива задан„„Ы2„„1710780 А1 дочных смесей с низким содержанием вяжущего и обеспечение возможности их транспортирования. Для этого подготавливают инертный материал и подают его в трубопровод с несущей жидкостью, отделяют последнюю от закладочной смеси в конце транспортирования и возвращают в трубопровод. В качестве несущей. жидкости используют пульпу, содержащую раствор вяжущего и тонкодисперсный наполнитель.

Объем пульпы в трубопроводе поддерживают путем подачи ее совместно с инертным материалом. Содержание несущей жидкости в закладочной смеси поддерживают в пределах 10 — 40% Наличие вяжущего и наполнителя в закладочной смеси в определенном количестве позволяет транспортировать и формировать закладочный массив заданного качества. 1 з.п, ф-лы, 3 табл„1 ил. ной прочности; вынос вяжущего и мелкофракционного материала вместе со свободной водой, дренируемой иэ закладочного массива; необходимость выдачи отработанной воды и шламов из рудника на поверхность.

Известен способ приготовления твердеющей смеси, включающий подготовку на поверхности и раздельное транс1ортирование крупной фракции инертного материала и раствора вяжущего с мелкой фракцией заполнителя по двум трубопроводам в шахту, обезвоживание крупной фракции материала и последующее смешивание его c раствором вяжущего и мелкой фракцией заполнителя.

Недостатками способа являются слож- ность схемы приготовления закладочной

1710780

40 пользуют пульпу, содержащую раствор вяжущего и тонкодисперсного наполнителя, а в отработанное. пространство инерт--45

55 смеси, включающей репульпацию и разделение на поверхности инертного материала на крупную и мелкую фракции, обезвоживание крупнофракционного материала в шахте и смешивание его с обезвоженным на поверхности мелкофракционным материалом и раствором вяжущего; необходимость выдачи отработанной воды при обезвоживании крупнофракционного материала на поверхность.

Наиболее близким к предлагаемому является гидрозакладочный способ заполнения выработанного пространства инертными материалами с предварительным обезвоживанием их перед подачей в камеру и направлением отработанной воды обратно в закладочный трубопровод.

Однако способ не позволяет формировать монолитный закладочный массив в выработанном пространстве. Кроме того, в связи с недостаточной плотностью несущей среды гидросмеси на основе крупнофракционных или плотных инертных материалов быстро расслаиваются, что требует повышенной скорости их транспортирования и приводит к интенсивному износу трубопровода и к перерасходу воды.

Целью изобретения является улучшение реологических характеристик транспортируемых монолитных искусственных массивов заданной прочности с малым расходом вяжущего, Согласно гидрозакладочному способу заполнения выработанного пространства производят подготовку инертного материала, подачу его в циркулирующую по замкнутому трубопроводу несущую жидкость, транспортирование и разделение потока в конце трубопровода на несущую жидкость и инертный материал и доставку последнего в отработанное пространство сжатым воздухом. В качестве несущей жидкости исный материал подают с остаточным содержанием несущей жидкости, компенсируя теряемый объем пульпы в замкнутом цикле путем дополнительного введения ее в трубопровод совместно с инертным материалом.

Для регулирования физико-механических свойств закладочной смеси и возведенного искусственного массива суммарное количество вяжущего и тонкодисперсного наполнителя в несущей жидкости изменяют от 20 до 50 мас. . Причем в зависимости от необходимой прочности искусственного массива и содержания тонкодисперсного наполнителя в инертном

30 материале соотношение вяжущее:наполнитель в несущей жидкости составляет 1:20—

10:1.

При содержании вяжущего и тонкодисперсного наполнителя в несущей жидкости меньше указанного предела не удается формировать монолитный искусственный массив заданной прочности даже при максимальном значении соотношения вяжущее:наполнитель. Увеличение содержания тонкодисперсных материалов приводит к росту вязкости и предельного напряжения сдвига смеси и, вследствие этого, энергозатрат на транспортирование крупнофрак- . ционного материала.

Кроме того, в зависимости от необходимых компрессионных свойств искусственного массива остаточное содержание несущей жидкости в закладочном материале изменяют от 10 до 40 мас. . При меньшем содержании сформированный искусственный массив отличается повышенной пористостью и деформируемостью, Превышение остаточного содержания несущей жидкости оптимальных значений приводит к перерасходу вяжущего и не способствует росту прочности закладочного массива, Отличительной особенностью предлагаемого способа является использование в качестве несущей жидкости плотной, пластичной пульпы, в состав которой входит вяжущее (цемент), тонкодисперсный наполнитель (мелкие фракции заполнителя) и вода. Зто позволяет обеспечить надежность доставки крупнофракционного или плотного заполнителя, уменьшить расслаиваемость смеси, а следовательно, возможную скорость транспортирования, энергоемкость процесса и износ трубопровода, формировать в отработанном пространстве монолитный искусственный массив с пониженным, расходом цемента, На чертеже представлена схема применения способа закладки выработанного пространства.

Способ осуществляют в следующей последовательности.

На комплексе 1 производят приготовление и смешивание. инертного материала с несущей жидкостью в соотношении, установленном по фактору прочности и удобоукладываемости для подачи в выработанное пространство. Приготовленную смесь непрерывно направляют в закладочный трубопровод и транспортируют в самотечном режиме по вертикальному участку А к началу рабочего горизонта (участок В), где установлены инжектор 2 и пневмоэжектор 3. Несущую жидкость нагнетают в трубопровод насосом 4 через инжектор 2, разбавляя тем

1710780 6 самым поступающую закладочную смесь до

° нужной консистенции и способствуя ее транспортированию по рабочему горизонту в самотечно-пневматическом р жиме движения. В конце, участка В с помощью трубчатого водоотделителя 5 или другого аппарата циркулирующую по замкнутому циклу (участок С) несущую жидкость отделяют от закладочного материала и насосом 4 через инжектор 2 нагнетают в трубопровод

В. Обезвоженный закладочный материал с остаточным содержанием несущей жидкости, установленным ранее, самотеком или путем энергии сжатого воздуха подают. в выработанное пространство (участок D) для формирования монолитного искусственного массива 6. Режим транспортирования и состав смеси контролируют плотномером 7.

Для предотвращения схватывания раствора вяжущего в процессе циркуляции необходимо, чтобы продолжительность его нахождения в системе закладочного трубопровода до полной замены не превышала времени схватывания. Длительность нахождения вяжущего в системе определяется как произведение времени транспортирования смеси.по закладочному трубопроводу на количество циклов, обеспечивающих полную замену вяжущего. В этом случае должно удовлетворяться неравенство где цв, qo — расходы вяжущего, проходящего через трубопровод соответственно на участках В и D, т/ч;

1тр — длина транспортирования, м;

V — средняя скорость транспортирования смеси по трубопроводу, м/с;

Tg)

Реализация предлагаемого способа закладки выработанного пространства позволяет формировать однородный искусствен ный массив повышенной прочности при снижении расхода вяжущего на 20 — 30%. За счет повышения плотности йесущей жидкости до 1,34 т/м и более снижается расслаиваемость и повышается надежность транспортирования закладочных смесей на основе плотных или крупнофракционных материалов. Кроме того, устраняется необходимость выполнения работ по обезвоживанию закладочного массива и выдаче на поверхность шламов и отделившейся воды.

Пример. Необходимо произвести монолитную закладку выработанного про10 странства в объеме 40 м /ч при дальности з

: транспортирования 800 м и средней скорости движения смеси на участках трубопровода равной 5 м/с.

В качестве закладочного материала предлагается использовать крупнофракционный заполнитель (гранулированный шлак) и несущую жидкость в количестве соответственно 75 и 25 мас. . В состав несущей жидкости входят цементная пульпа и мелкофракционный наполнитель (флотационные хвосты обогащения), взятые в следующем соотношении, мас."-,ь: вода 60; цемент 15; хвосты обогащения 25. Закла15 дочный матеоиал указанного состава содержит, кгlм: крупнофракционный заполнитель 1620; цемент 81; хвосты обогащения

135; вода 320. Прочность при сжатии закладки через 28 суток твердения составляет

20 1,5 МПа.

В связи с высоким предельным напряжением сдвига закладочного материала (более 120 Па) транспортирование его в самотечно-пневматическом режиме не

25 представляется возможным. Требуемую пластичность обеспечивают за счетувеличения содержания несущей жидкости на участке транспортирования с 25 до 54 мас., а расход воды — с 320 до 563 л/м . Однако

30 прочность при сжатии такой смеси снижает.ся до 1,2 МПа несмотря на рост удельного расхода вяжущего с 81 до 142 кг/м . Это з вызвано частичным выносом цемента с дренируемой водой, расслоением смеси в каме35 ре и повышенной пористостью сформированного искусственного массива.

Для устранения перечисленных недостат ков в конце участка транспортирования производят отделение циркулирующего объема

40 несущей жидкости из закладочного материала до остаточного содержания 25 мас.7ь и подачу последнего в выработанное пространство. Циркулирующую несущую жидкость насосом перекачивают к началу

45 участка транспортирования и через инжектор подают в закладочный трубопровод, Более детально составы и основные свойства закладочных смесей на различных участках трубопровода приведены в табл. 1. Значе50 ния зависимости свойств несущей жидкости от содержания тонкодисперсного материала приведены в табл. 2.

Результаты влияния остаточного содержания несущей жидкости на механические

55 параметры и стоимость закладки приведены в табл. 3.

Способ закладки выработанного про. странства реализуют в следующей последовательности.

1710780

Таблица 1

Показатели

А, 40

41

46

54

64,8

21,4

1,72

6,9

12,8

64,8

76,3

6,12

24,6

45,6

54,9

4,4

17,7

32,8

536

81

320

941

142

236

563

201

804

2,156

130

1,741 ., 40

1,340

15-.

1,5

1,2

0,3

В закладочный трубопровод начинают подавать несущую жидкость и через эжекторы — сжатый воздух, установив следующие расходы компонентов, т/ч; цемент 6,12; тонкодисперсный наполнитель 24,6; вода 45,6.

Приготовленную несущую жидкость транспортируют сжатым воздухом до конца трубопровода (участок В) и накапливают ее в емкости водоотделителя. Затем включают насос, отрегулировав его производительность на 41 м /ч, и подают несущую жидкость в закладочный трубопровод по замкнутому кругу. В связи с непрерывным поступлением несущей жидкости в трубопровод с закладочного комплекса и через инжектор происходит увеличение ее объема на участке В и переполнение емкости водоотделителя. Несущая жидкость начинает поступать в выработанное пространство, что является сигналом к началу производства закладочных работ и к установке рабочих расходов материалов, т/ч: крупнофракциQHHblA заполнитель 64,8; цемент 1,72; тонкодисперсный наполнитель 6,9; вода 12,8. В процессе ведения закладочных работ контролируют плотность транспортируемой смеси, которая должна составлять 1,74 т/м .

Возможность использования цементного раствора в составе несущей жидкости для рассмотрения примера подтверждается выполнением неравенства (1).

При наличии в крупнофракционном заполнителе тонкодисперсных материалов

Производительность по смеси, м /ч

Содержание в смеси по массе, мас. : крупнофракционный заполнитель несущая жидкость в т.ч. вода

Расход материалов, т/ч: крупнофракционный заполнитель несущая жидкость, в т.ч. цемент тонкодисперсный наполнитель вода

Состав смеси, кг/м : крупнофракционный заполнитель несущая жидкость, в т.ч. цемент тонкодисперсный наполнитель вода

Свойства смеси: плотность, т/м. предельное напряжение сдвига, Па

Прочность при сжатии через 28 сут твердения, МПа производят корректирОвку расходов исходных компонентов: увеличивают подачу заполнителя и сокращают поступление тонкодисперсногоматериала. Корректиров5 ку расходов производят и в случае присутствия крупнофракционных материалов в тонкодисперсном наполнителе несущей . жидкости.

Формула изобретения

1. Способ закладки выработанного пространства, включающий подготовку инертного материала, подачу его в трубопровод с несущей жидкостью, отделение последней в

15 конце транспортирования от закладочной смеси, доставку указайной смеси в выработанное пространство с возведением закладочного массива и возврат отделенной несущей жидкости в трубопровод, о т л и ч а20 ю шийся тем, что, с целью формирования монолитного закладочного массива из жестких закладочных смесей с низким содержанием вяжущего и обеспечения возможности их транспортирования, в качестве несущей

25 жидкости используют пульпу, содержащую раствор вяжущего и тонкодисперсный наполнитель, при этом объем пульпы в трубопроводе поддерживают путем подачи ее совместно с инертным материалом.

30 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание несущей жидкости в закладочной смеси поддерживают в пределах 10-40 ..Участокт анспо ти ования

1710780

Продолжение табл.1

Участок т анспо ти ования

Показатели

А, з

П р и м е ч а н и е. Плотность твердых компонентов равна 2,7 т/м .

Таблица 2

Таблица 3

20

30 стоимость вяжущего в смеси, руб/м

Подвижность смеси, см коз и иент относительной сжимаемости, 2,1

3,7

14

5,2

14

1710780

40.

50

Составитель Н.Чертова

Техред М.Моргентал Корректор Т.Палий

Редактор Н.Бобкова

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 322 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5