Способ закладки выработанного пространства при отработке кимберлитовой трубки механизированным комплексом в восходящем порядке и устройство для ведения закладочных работ

 

Изобретения относятся к горной промышленности и могут быть использованы при подземной разработке трубкообразных рудных тел. Они направлены на обеспечение бесперебойной работы комплекса. Способ закладки включает уплотнение статическими нагрузками сухой закладки в нижележащем слое отработанного витка трубки, для чего под основанием крепи перед ее передвижкой создают давление, близкое к разрушающему усилию для массива над крепью, затем крепь перемещают, в комплекс подают сухую закладку и заполняют освободившееся пространство сухой закладкой в виде наклонных лент, уплотняют ее статическим нагружением наклонной плоскости с перемещением ее в наклонном слое и одновременно уплотняют динамическими нагрузками через эту же плоскость. В часть объема сухой закладки можно вводить 3 -10% цемента и добавляют его там, где требуется повышенная прочность. Устройство для ведения работ включает механизированный комплекс, конвейер для сухой закладки, ограждающую стенку с цилиндром ее фиксации и источником динамического нагружения. Стенка с гидроцилиндром статического нагружения шарнирно подвешена на раму, шарнирно закрепленную на основании мехкрепи и имеющую дополнительный гидроцилиндр поворота рамы и статического нагружения ограждающей стенки. На последней используют ударные узлы. Устройство может иметь дополнительный смеситель для приготовления сухой закладки с добавлением цемента и механизм перегрузки смеси на закладочный конвейер. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 6 ил., 2 табл.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной разработке трубкообразных тел кимберлитовых месторождений.

Кимберлитовую трубку механизированным комбайном отрабатывают слоем толщиной 2-2,5 м по винтовой линии в восходящем порядке. В выработанном пространстве нет временных и постоянно действующих полостей и камер, за которыми необходимо вести наблюдение и поддерживать стенки в безопасном состоянии.

При ведении добычных работ механизированным комплексом требуется поддерживать только забой в кровле выработанного пространства, которое заполнено закладкой. Забой представляет собой уступ высотой 2-2,5 м с длиной, равной половине диаметра кимберлитовой трубки (30-100 м) и шириной не более 5 м. Кровля, почва и стенка со стороны отработанного пространства поддерживается механизированной крепью. Незакрепленной остается только стенка, с которой комбайном снимается стружка кимберлита при его добыче. Кимберлитовая руда - прочная горная порода с коэффициентом крепости 3-6 по шкале проф. М. М.Протодьяконова.

При отработке кимберлитовой трубки забой перемещается, при этом постоянно обновляется кровля и незакрепленная боковая стенка, что способствует их поддержанию в безопасном состоянии. Вслед за передвижкой механизированной крепи на величину шага передвижки (до 1 м) освобождающееся пространство в виде ленты заполняют закладкой на высоту слоя. Таким образом выработанное пространство кимберлитовой трубки по вертикали заполняют слоями высотой 2-2,5 м, а в слое - наклонными лентами толщиной до 0,8 м. Закладка в слое должна поддерживать кровлю и во время ее возведения компенсировать усадку закладочного материала в нижележащих слоях.

Отсутствие в выработанном пространстве полостей, камер с большими обнаженными поверхностями позволяет использовать в качестве закладочного материала не литые твердые смеси с большим расходом цемента, а сухую закладку с естественной влажностью (термин "сухая закладка" общепризнан в горной промышленности).

В строительной индустрии широко используется насыпной грунт (обратная засыпка - заполнение объемов для поддержания объектов) для насыпей при строительстве железных и автомобильных дорог, плотин ГЭС и т.п. Сухая закладка и насыпной грунт одного и того же минерального и гранулометрического состава обладают одними и теми же свойствами, только используются на различных объектах в горном деле или строительстве. Все закономерности, открытые применительно к грунтам в строительстве, правомерны и для сухой закладки в горном деле.

Основными показателями для сухой закладки (грунта) являются плотность, несущая способность и усадка (компрессионные свойства). Требуемая плотность грунта выражается объемной массой скелета грунта или коэффициентом уплотнения (K) и устанавливается проектом на основании исследований грунта (исходной сухой закладки) методом стандартного уплотнения (см. книгу ЦНИИОМТП "Уплотнение грунтов обратных засыпок в стесненных условиях строительства".- М.: Стройиздат, с. 161).

Под коэффициентом уплотнения грунта (K) понимается отношение требуемой плотности ( γ ) к максимальной стандартной плотности ( γ_макс ) K = γ/γ_макс . Максимальная стандартная плотность ( γмакс ) определяется уплотнением грунта в приборе стандартного уплотнения. Основной целью уплотнения сухой закладки (грунта) является создание компактной и прочной структуры, способной в дальнейшем активно сопротивляться воздействиям во время эксплуатации. Уплотнение грунта происходит за счет более плотной укладки минеральных частиц и агрегатов в результате вытеснения воздуха из пор грунта при его деформации под нагрузкой. Наибольшей прочностью обладает сухая закладка, если основная масса (скелет) выполнена прочными кристаллическими породами с подобранным гранулометрическим составом, содержащим 10-12% глинистых частиц - связанный грунт.

Повышение плотности связанных грунтов γ_макс с 0,8 до 1,0 ведет к увеличению предела прочности в 2-3 раза и более. Уплотнение сухой закладки в предлагаемом способе может осуществляется статическим, статическим с одновременным ударным нагружением, статическим с одновременным вибрационным нагружением (обоснование способа и реализация даны ниже).

В качестве аналога для предварительной оценки приводим данные из строительной практики (см. книгу ЦНИИОМТП "Уплотнение грунтов обратных засыпок в стесненных условиях строительства". - М.: Стройиздат, с. 25-26, таблицы 4, 5).

Из приведенных таблиц видно, что подбором материала закладки, степени уплотнения (K), которые достигаются применением соответствующего оборудования и технологии уплотнения, можно получить достаточную прочность массива закладки и иметь при этом минимальную усадку. Способ отработки месторождения обеспечивает образование единого объема с жесткими стенками, что исключает смещение (текучесть) заложенного массива и пластические деформации, что повысит несущую способность скелета сухой закладки. Механизированный комплекс имеет большую энерговооруженность и применяемая на нем гидравлическая система способна обеспечить узлы и механизмы для послойного уплотнения сухой закладки практически любой необходимой мощности, что позволит уплотнять материал до проектных значений. Известные современные методы контроля качества уплотнения грунтов в строительной индустрии (см. книгу ЦНИИОМТП "Уплотнение грунтов обратных засыпок в стесненных условиях строительства". - М.: Стройиздат, с. 159-197) могут быть использованы в горнорудной промышленности, обеспечивая безопасность работ.

Известен способ разработки трубкообразных тел (см. а.с. N 1618885 E 21 C 41:16), включающий проведение подготовительных и нарезных выработок, слоевую восходящую отработку запасов вертикальных полос с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями. В данном случае нарезную выработку в слое проходят по контуру рудного тела не более чем на половину его длины, отработку ведут одновременно по всей площади рудного тела полосами первой и второй очереди с отставанием выемки второй очереди на высоту, обусловленную скоростью твердения закладки и учитывающую действие ударных волн по эмпирической формуле, при этом отработку каждого слоя в полосах первой очереди ведут с формированием рудных целиков на сопряжении нарезной и очистной выработок. После закладки очистных выработок слоя полос первой очереди из нарезной выработки заложенного слоя взрывом шпуров в ее кровле проходят нарезную выработку полос первой очереди следующего слоя и закладывают нарезную выработку предыдущего слоя. Нарезную выработку в слое полос второй очереди проходят по сформированным целикам вприсечку к заложенной нарезной выработке полос первой очереди. Способ не конкурентоспособен предлагаемому способу отработки кимберлитовой трубки механизированным комплексом в восходящем порядке с использованием сухой закладки.

Недостатком известного способа является большая стоимость закладочных работ с применением литой твердеющей закладки, транспортируемой по трубам. Для транспортировки твердеющей закладки по трубам необходима твердеющая закладка с мелким заполнителем (до 10 мм). Применение мелкого заполнителя требует дополнительных энергетических затрат на его получение. Минимальный расход цемента для получения литой бетонной смеси 250 кг/м³, в то же время расход цемента при приготовлении жесткого бетона на крупном заполнителе - 130 кг/м³ (см. Ю.М. Баженов "Технология бетона".- М.: Высшая школа, 1987, с. 198), что значительно удорожает закладочные работы в условиях Якутии. Кроме того, при повышенном содержании цемента и воды увеличивается величина усадки бетона, которая создает скрытые усадочные трещины и микрополости, что ухудшает компрессионные свойства закладочного массива.

Известен способ закладки выработанного пространства (см., например, а.с. N 1245722 E 21 F 15/00), включающий подачу передвижным метателем породы из забоя за секцию механизированной крепи, причем подачу породы из забоя за секцию механизированной крепи производят между опущенным перекрытием секции и кровлей выработанного пространства путем складывания стоек крепи в момент прохождения метателя мимо секций механизированной крепи.

Недостатком известного способа является большая усадка заложенного массива и закладки, что не обеспечивает надежное поддержание подрабатываемой кимберлитовой трубки при отработке механизированным комплексом в восходящем порядке по винтовой линии.

Нам не известны способы сухой закладки выработанного пространства, которые обеспечивали поддержание подсеченной по всему сечению кимберлитовой трубки и надежную работу механизированного комплекса по винтовой линии в восходящем порядке, используя сухую закладку для заполнения отработанного пространства.

Известно устройство для уплотнения закладки при использовании механизированных крепей, например закладочное устройство (см. а.с. N 1802170 E 21 F 15/06), включающее подвесной ленточный конвейер с передвижным плужковым сбрасывателем и уплотнительные верхние и нижние щиты с домкратами управления, отличающийся тем, что с целью повышения производительности и качества закладочных работ при отработке угольных пластов механизированным комплексом уплотнительные щиты выполнены из двух скрепленных между собой шарнирно частей и соединены с гидродомкратами управления посредством шаровых шарниров, причем гидродомкраты управления верхнего щита прикреплены к перекрытию механизированной крепи, а нижнего щита - к его основанию, при этом нижние части щитов снабжены упорами, установленными с возможностью их взаимодействия с поверхностью верхних щитов со стороны крепи.

Недостатком известного технического решения является недостаточная плотность уплотнения за счет использования статического давления, что не обеспечит работу механизированного комплекса по винтовой линии в восходящем порядке при отработке кимберлитовой трубки.

Наиболее близкими по технической сущности являются механизированные комплексы, в которых закладка уплотняется вибростатическим нагружением (см., например, а.с. N 1749485 E 21 F 15/04, бюл. 27, 1992). Крепь-опалубка, включающая отдельные секции крепи-опалубки механизированного комплекса, состоящего из верхняка с выдвижным забойным козырьком, основания, гидродомкратов, гидростоек, вибраторов, шарнирного ограждения опалубки, которое в соединении с верхняком основания и задней гидростойки образуют тупой клин, обращенный к закладочному массиву, а для уплотнения свежевыложенного закладочного массива она снабжена защитным перекрытием в виде стального листа, имеющего с одного конца направляющие ребра, охватывающие верхняк с возможностью скольжения, а с другого - один или несколько продольных вырезов, при этом лист соединен с верхняком гибкими связями.

Недостатком известного технического решения является недостаточное уплотнение закладки при использовании в качестве закладочного материала со скелетом из скальных горных пород с глинистыми добавками 5-20% естественной влажности (высокосвязные грунты). В таком горном массиве вибрация распространяется на небольшую глубину, что не позволяет высокоэффективно его уплотнять. Вибростатическое уплотнение эффективно для несвязанных грунтов, что ограничивает область использования известного технического решения.

Задачей является создание способа и устройства, обеспечивающего уплотнение закладочного массива для обеспечения безаварийной работы механизированного комплекса по отработке кимберлитовой трубки в восходящем порядке.

Поставленная задача решается тем, что в способе закладки выработанного пространства при отработке кимберлитовой трубки механизированным комплексом в восходящем порядке, включающем уплотнение статическими нагрузками сухой закладки в нисходящем слое отработанного витка кимберлитовой трубки, для чего согласно техническому решению под основанием механизированной крепи, перед ее передвижением на шаг передвижки, создают временное давление, близкое по величине разрушающему усилию для горного массива над механизированной крепью, затем снимают давление на горный массив и ведут перемещение механизированной крепи на шаг ее передвижки, после чего в механизированный комплекс подают приготовленную сухую закладку и заполняют освободившееся очистное пространство сухой закладкой в виде наклонных лент и производят первичное уплотнение сухой закладки в лентах статическим нагружением наклонной плоскости с перемещением ее в наклонном слое и одновременно ведут уплотнение динамическими нагрузками, воздействующими на сухую закладку через эту же наклонную плоскость.

Кроме того, при приготовлении сухой закладки в часть ее объема вводят 3-10% цемента и во время заполнения наклонной ленты в части ее длины, где по горнотехническим условиям требуется повышенная прочность, заполняют сухой закладкой с добавлением цемента.

Для осуществления способа предложено в устройстве для ведения закладочных работ, включающем механизированный комплекс, конвейер для транспортировки сухой закладки в забой механизированной крепи, ограждающую стенку с цилиндром ее фиксации и источником динамического нагружения, согласно техническому решению, ограждающая стенка с гидравлическим цилиндром статического нагружения шарнирно подвешена на раме, которая в свою очередь шарнирно закреплена на основании механизированной крепи и снабжена дополнительным гидравлическим цилиндром поворота рамы и статического нагружения ограждающей стенки, а на ограждающей стенке в качестве источника динамического нагружения используют ударные узлы.

Кроме того, устройство снабжено дополнительным смесителем для приготовления сухой закладки с добавлением цемента и механизмом для перегрузки готовой смеси на закладочный конвейер.

Существенными отличиями предлагаемого технического решения являются: - под основанием механизированной крепи, перед ее передвижением на шаг передвижки, создают временное давление, близкое по величине разрушающему усилию для горного массива над механизированной крепью, затем снимают давление на горный массив и ведут перемещение механизированной крепи на шаг ее передвижки, после чего в механизированный комплекс подают приготовленную сухую закладку и заполняют освободившееся очистное пространство сухой закладкой в виде наклонных лент и производят первичное уплотнение сухой закладки в лентах статическим нагружением наклонной плоскости с перемещением ее в наклонном слое и одновременно ведут уплотнение динамическими нагрузками, воздействующими на сухую закладку через эту же наклонную плоскость.

Данное техническое решение позволяет производить дополнительное укрепление закладочного массива в нижележащем слое, что повысит прочность заложенного массива, выявит его усадку и подготовит объем усадки под закладку. Первичное уплотнение сухой закладки производят во время заполнения наклонных лент вслед за проходом механизированного комплекса. Когда механизированный комплекс по восходящей винтовой линии подойдет к этому месту, пройдет достаточно большой промежуток времени (в зависимости от мощности кимберлитовой трубки и производительности шахты, возможно несколько месяцев) и заложенный массив даст осадку за счет собственного веса и давления руды в кровле. В закладочном массиве из-за неравномерности нагрузки могут образоваться микрополости. Возможны и расслоения кимберлита в приконтурной части кровли. Для гашения этих полостей и трещин в кимберлите ведут дополнительное уплотнение статическим нагружением, используя гидравлические опорные стойки механизированной крепи.

В настоящее время существуют механизированные крепи с несущей способностью секций 300-500 кН/м² с номинальной грузоподъемностью опорных стоек 785 кН. Из существующего многообразия можно подобрать такой тип механизированной крепи, который позволяет развить усилие во время вторичного уплотнения, близкое по величине к разрушению кимберлита над механизированной крепью (сопротивление стоек при работе крепи во время добычи кимберлита должно быть ниже, чем при вторичном уплотнении закладки).

Подбор крепи по величине разрушения кимберлита позволит улучшить степень вторичного уплотнения сухой закладки в нижележащем слое. Использование для статического уплотнения стоек механизированной крепи упростит технологию и снизит металлоемкость.

В предлагаемом техническом решении уплотнение закладки в наклонном слое за зафиксированной оградительной стеной ведут вибрационным воздействием. Вибрационное уплотнение эффективно только для несвязанных материалов, супесей, некоторых бетонных смесей и т.п. Для повышения несущей способности закладочного материала и уменьшения усадки желательно использовать материалы с высокой и весьма высокой степенью связности, для которых вибрационное воздействие неэффективно. В строительной индустрии известны, например, прессы фирмы "ЭМИФ" г. Электросталь Московской области, посредством которых из связного грунта (галечник с песком и глиной) плунжерным прессом с усилием 1250 кН готовятся блоки 390х190х190 с прочностью 500-600 Н/см² (с временем прессования 15-20 с), которые без какой-либо термической обработки идут на изготовление домов двухэтажной застройки. Известен, например, пресс фирмы "Технология" г. Москва, который также из связного грунта посредством вибропресса (гидравлический плунжерный пресс 300 кН и вибратора) изготовляет аналогичные стандартные блоки с прочностью 500 Н/см² для сельского строительства. Известен пресс фирмы "Сибтех" г. Иркутск, который из аналогичного грунта, посредством ударно-прессового устройства (пневматический плунжерный пресс с усилием до 100 кН и ударного узла с энергией удара 0,2 Дж) изготовляет аналогичные кирпичи прочностью до 500 Н/см² для сельского строительства.

Вышеуказанные прессы - это мини-заводы по производству строительных кирпичей без цемента и без обжига с различными способами прессования. Расчеты показывают, что менее энергоемким является процесс формирования кирпича ударно-прессовым устройством, когда по прессуемому изделию наносят серию ударов.

Для уплотнения сухой закладки предлагается вести первичное уплотнение статическим нагружением наклонной плоскости с параллельным перемещением ее по мере уплотнения сухой закладки в объеме наклонного слоя.

Вместо громоздкого плунжера с направляющими - плоскость, а вместо емкости - наклонный слой, заполненный сухой закладкой. Данное техническое решение позволяет осуществлять уплотнение сухой закладки неэнергоемким приемом и технология компактно вписывается в механизируемый способ добычи кимберлитовых руд - это является существенным отличием. Для уменьшения трудоемкости перемещения плоскости по ней наносят серию ударов. При ударах развиваются большие усилия, не соизмеримые со статическими, которые разрушают связи между частицами, уменьшая энергоемкость перемещения плоскости, осуществляя уплотнение сухой закладки, что также является существенным отличительным признаком.

При приготовлении сухой закладки в часть ее объема вводят 3-10% цемента и во время заполнения наклонной ленты часть ее длины, где требуется по горно-техническим условиям повышенная прочность, заполняют сухой закладкой с добавлением цемента.

Известно, что для химической реакции цемента в бетоне требуется около 3% воды. В сухой закладочной смеси естественной влажности количество воды 7-10% в зависимости от наличия глинистых частиц. В строительной индустрии при производстве безобжигового кирпича повышенной прочности его изготовляют из смеси грунта с добавлением цемента. Исследованиями установлено, что изготовление кирпича с добавлением цемента менее 3% его присутствие сказывается мало. При увеличении содержания цемента более 10% прочность изделий растет, но не окупается. И на практике используют смеси с содержанием 5-7% и в редких случаях 10% цемента.

Кирпичи повышенной прочности с добавлением цемента изготовляют на тех же мини-заводах. Так, например, на фирме "ЭМИФ" при изготовлении кирпича из грунта с добавлением от 5-10% цемента прочность кирпича возросла до 1000-2000 Н/см². На фирме "Савва" (г. Москва) при изготовлении кирпича с добавлением цемента 5% прочность кирпича составляет 700-1100 Н/см². На фирме "АИС" (г.Москва) при изготовлении кирпича с добавлением цемента 5% прочность кирпича составляет 700-1100 Н/см². На фирме "Инстройтех" (г.Москва) при изготовлении кирпича с добавлением цемента 5% прочность кирпича 1100-1200 Н/см². Очевидно, что прочность практически почти везде одинаковая и колеблется в основном за счет состава грунта, который не везде строго одинаков. Мы рекомендуем добавлять в сухую закладку от 3 до 10% цемента, но для конкретных случаев использования необходимо провести исследования.

Использование сухой закладки с добавлением небольшого количества цемента перед ее уплотнением в очистном пространстве является существенным отличием. Данным техническим решением предусматривается заполнение сухой закладкой с добавлением цемента не всего объема слоя, а только его части, где необходимы дополнительные мероприятия по поддержанию, например: тектонические нарушения, зоны карстовых пустот, зоны с повышенным обводнением и т.п. Причем при заполнении наклонных лент заполняется часть ее по длине. Высота заполнения ленты везде должна равняться высоте слоя. Количество заполненных лент, их длина определяются проектом исходя из конкретных условий отработки слоя.

В заполненном очистном пространстве упрочненные ленты могут быть выполнены в различных местах, различной перемежаемости. Данное техническое решение позволит закрепить очистное пространство в необходимых горно-технических условиях и при этом сократить расходы на выполнение закладочных работ.

Для осуществления предлагаемого способа выполнено устройство со следующими существенными отличиями: - ограждающая стенка с гидравлическим цилиндром статического нагружения шарнирно подвешена на раму, которая в свою очередь шарнирно закреплена на основании механизированной крепи и снабжена дополнительным цилиндром поворота рамы и статического нагружения ограждающей стенки.

Данное техническое решение обеспечивает плоскопараллельное перемещение ограждающей стенки в объеме наклонной ленты и гидравлическими цилиндрами создает статическое давление на сухую закладку при перемещении секций крепи. При этом максимально используется объем незакрепленного пространства (с точки зрения его уменьшения) и узлы механизированной крепи, что в целом упрощает конструкцию устройства для первичного уплотнения сухой закладки в наклонной ленте.

На ограждающей стенке в качестве источника динамического нагружения используют ударные узлы.

Данное техническое решение обеспечивает снижение энергии на уплотнение сухой закладки. Механизированный комплекс гидрофицирован. В качестве источника динамического нагружения целесообразно использовать гидроударники. В настоящее время конструкция гидроударников отработана и можно подобрать любой необходимой мощности. Все это упрощает устройство для уплотнения сухой закладки.

Снабжено дополнительным смесителем для приготовления сухой закладки с добавлением цемента и механизмом для перегрузки готовой смеси на закладочный конвейер.

Данное техническое решение позволяет в механизированном комплексе получать уплотненную закладочную смесь в виде сухой закладки с добавлением цемента и производить крепление участков очистного пространства уплотненной закладкой по мере необходимости, что повышает надежность работы закладочного устройства при изменении ситуации по креплению отработанного пространства.

Сущность предлагаемого технического решения.

Закладку выработанного пространства при отработке кимберлитовой трубки механизированным комплексом ведут сухой закладкой слоями высотой 2-2,5 м по винтовой линии в слое наклонными лентами толщиной до 0,8 м при двухстадийном уплотнении. После продвижения механизированного комплекса на величину шага крепи освободившееся очистное пространство заполняют сухой закладкой в виде наклонной ленты на всю высоту слоя и производят уплотнение статическим нагружением наклонной плоскости, параллельной фронту закладочных работ с перемещением в наклонном слое, заполненном сухой закладкой. Одновременно ведут уплотнение динамическими нагрузками, воздействующими на сухую закладку через эту же плоскость. Вторую стадию уплотнения ведут после естественной усадки через несколько месяцев после того, как очистной забой, совершив виток по восходящей линии, будет находиться на этом участке. Перед перемещением секции механизированной крепи на очередной шаг ведут дополнительное уплотнение сухой закладки статическими нагрузками в нижележащем слое под основанием механизированной крепи, для чего опорными стойками крепи создают давление, близкое по величине разрушающему усилию для горной породы над механизированной крепью.

Кроме того, при приготовлении сухой закладки в часть ее объема вводят 3-10% цемента и во время заполнения наклонной ленты часть ее длины, где по горно-техническим условиям требуется повышенная прочность, заполняют сухой закладкой с добавлением цемента.

Для осуществления способа используют гидравлическую энергосистему механизированной крепи с переустройством закладочного отделения. Ограждающую стенку с гидравлическим цилиндром статического нагружения шарнирно подвешивают на раме, которая в свою очередь шарнирно закреплена на основании механизированной крепи и снабжена дополнительным гидравлическим цилиндром поворота рамы и статического нагружения. Данное изменение позволяет производить статическое нагружение сухой закладки в наклонном слое при параллельном перемещении ограждающей стенки в сухой закладке наклонного слоя. А для динамического нагружения на ограждающей стенке устанавливают в качестве источника нагружения гидравлический ударный узел. Для дополнительного вторичного уплотнения сухой закладки в нижележащем слое используют опорные стойки крепи, их распирают между "новой" кровлей (кровлей, полученной во время выемки очередного нового слоя) и почвой из слоя сухой закладки предыдущего витка. При этом увеличивают давление до максимально допустимого для пород кровли.

Кроме того, устройство снабжено дополнительным смесителем для приготовления сухой закладки с добавлением цемента и механизмом для перегрузки готовой смеси на закладочный конвейер.

Способ и устройство позволяют надежно закрепить очистное пространство сухой закладкой с двухстадийным уплотнением, что обеспечивает большую несущую способность и весьма малую усадку.

Кроме того, при использовании в качестве закладочного материала сухой закладки с добавлением 3-10% цемента обеспечивается надежная работа комплекса в сложных горно-технических условиях, тектонических нарушениях, повышенном водопритоке и т.п.

Пример выполнения способа закладки выработанного пространства при отработке кимберлитовой трубки в восходящем порядке и устройство для ведения закладочных работ показаны на фиг. 1, 2, 3, 4, 5 и 6, где на фиг. 1 - способ отработки кимберлитовой трубки механизированным комплексом в восходящем порядке с сухой закладкой слоями высотой 2-3 м по винтовой линии; фиг. 2 - то же, сечение I-I; фиг. 3 - узел перегрузки сухой закладки из восстающего на механизированный комплекс; фиг. 4 - устройство для уплотнения сухой закладки в механизированном комплексе; фиг. 5 - узел "a" (фиг. 4) крепления ударного узла; фиг. 6 - принципиальная схема осуществления способа закладочных работ в механизированном комплексе.

Кимберлитовую трубку по вертикали разделяют на этажи 50-100 м (фиг. 1). Этаж кимберлитовой трубки отрабатывают одним блоком (даже если ее диаметр будет более 500 м). Отработку блока ведут снизу вверх слоями 1 высотой 2-3 м по винтовой линии механизированным комплексом 2 (фиг. 1, 2), состоящим из механизированной крепи, добычного комбайна, проходческого щита, транспортеров для выдачи кимберлита и устройства для ведения закладочных работ.

Через восстающий 3 к хвостовой части механизированного комплекса 2 в камеру 4 подают сухую закладочную смесь. В камере 4 под восстающим 3 (фиг. 3) установлен питатель 5 для погрузки сухой закладочной смеси (сухой закладки) на закладочный конвейер 6, который смонтирован в закладочном отделении 7 (фиг. 4) на заднем верхняке 8 механизированного комплекса 2.

На основании 9 механизированной крепи 2 (механизированного комплекса) посредством шарнира 10 закреплена рама 11. На шарнире 12 рамы 11 подвешена ограждающая стенка 13 с гидравлическим цилиндром 14 статического нагружения и ее перемещения. Гидравлический цилиндр 14 закреплен к основанию 9 механизированной крепи 2. Для поворота рамы 11 и статического нагружения стенки 13 установлен дополнительный цилиндр 15, закрепленный на механизированной крепи 2. Ограждающая стенка 13 снабжена ударным узлом 16. В качестве ударного узла 16 могут быть использованы гидроударники.

С целью снижения ударной энергии на перемещение ограждающей стенки 13 ударный узел 16 крепят к дополнительной стенке 17, имеющей ограниченную толщину и вес. Дополнительная стенка 17 к ограждающей стенке закреплена посредством упругих элементов 18 (фиг. 5). Ввиду большого размера ограждающей стенки 13 (ширина 0,8-1,5 м, высота 2,0-2,5 м) и относительно малой толщины слоя из сухой закладки (0,4-0,8 м) целесообразно, с точки зрения равномерного уплотнения, на ограждающей стенке 13 устанавливать ряд гидроударников (2-8 штук).

Закладочное устройство может быть снабжено приспособлением для дозакладки полости 19 между кровлей 20 кимберлита и сухой закладкой выработанного пространства. Дозакладку производят твердеющей смесью, для этого в камере 4 (фиг. 3) установлен узел 21 приготовления жидкой твердеющей закладки, имеющий насос 22 высокого давления для ее подачи через сопло 23 (фиг. 4) в полость 19. Для досылки сопла 23 в полость 19 имеется досылочный механизм 24, закрепленный на механизированной крепи 2. Кроме того, для приготовления сухой закладки с добавлением цемента в камере 4 может быть установлен смеситель 25 (фиг. 3) и механизм 26 для перегрузки готовой смеси на закладочный конвейер 6. Для загрузки смесителя 26 под восстающим 3 установлен дополнительный питатель 27.

На фиг. 6 показана принципиальная схема осуществления способа закладки выработанного пространства при отработке кимберлитовой трубки механизированным комплексом в восходящем порядке. Закладку выработанного пространства при отработке механизированным комплексом 2 ведут слоями 1 в слое 1 наклонными лентами 28 толщиной до 0,8 м при двухстадийном уплотнении. Перед продвижением механизированного комплекса 2 на величину шага перемещения механизированной крепи ведут дополнительное уплотнение сухой закладки в нижележащем слое статическими нагрузками 29, создаваемыми стойками механизированной крепи. При этом получают усадку h. После перемещения механизированной крепи на шаг передвижки 1 освободившееся очистное пространство, в том числе и просадку h, заполняют сухой закладкой в виде наклонной ленты 28. Угол наклонной ленты на 1-5^o меньше угла внутреннего трения уплотненного материала сухой закладки. После заполнения наклонной ленты 28 ведут уплотнение статическими нагрузками 30 наклонной плоскости 31. Одновременно ведут уплотнение динамическими нагрузками 32 , воздействующими на сухую закладку через эту же плоскость 31.

Пример осуществления способа.

При отработке кимберлитовой трубки механизированным комплексом 2 в восходящем порядке (фиг. 1) по винтовой линии закладку ведут слоями 1 высотой 2-2,5 м, а в слое наклонными лентами 28 (фиг. 6) толщиной до 0,8 м при двухстадийном уплотнении. При продвижении механизированного комплекса на величину шага 1 (фиг. 6) крепи освободившееся очистное пространство заполняют сухой закладкой в виде наклонной ленты 28 на всю высоту слоя 1 и производят уплотнение статическим нагружением 30 наклонной плоскости 31 с перемещением в наклонном слое, наполненном сухой закладкой. Одновременно ведут уплотнение динамическими нагрузками 32, воздействующими на сухую закладку через эту же плоскость 31.

В примере реализации способа в качестве наклонной плоскости 31 используют оградительную стенку 13 (фиг. 4), которая благодаря шарнирам 10 и 12 цилиндрами 14 и 15 перемещается плоскопараллельно (относительно фронта закладочных работ) в наклонном слое 28.

При статическом нагружении одновременно ведут и динамическое нагружение, например, гидроударниками 16 (фиг. 4, 5) через дополнительную стенку 17, закрепленную через упругие элементы 18. Под действием статических и динамических нагрузок ведут уплотнение сухой закладки - это первая стадия уплотнения. После уплотнения механизированным комплексом ведут добычу кимберлита. После снятия "стружки" кимберлита с забоя на величину шага крепи перед ее продвижением производят вторую стадию уплотнения сухой закладки в нижележащем слое (фиг. 6). Включают гидравлические стойки механизированной крепи на повышенную нагрузку (величину нагрузки определяют по прочности кровли из кимберлита) таким образом, чтобы нагрузка приближалась к усилию для разрушения кимберлита на 10-30 секунд. Повышенным давлением 29 уплотняют закладку в нижележащем слое, выбирая усадочные полости по высоте слоя. В результате второй стадии уплотнения закладка проседает на h - это, в основном, усадка от первого нижележащего слоя, к ней также присоединяются накапливающиеся усадки от всех предыдущих слоев.

После проведения второй стадии уплотнения механизированная крепь передвигается и освободившийся объем очистного пространства, в том числе и усадку в нижележащих слоях, заполняют сухой закладкой (фиг. 4), которую подают закладочным конвейером 6 посредством питателя 5 из восстающего 3 (фиг. 3, 4). После заполнения наклонной ленты сухой закладкой производят первую стадию уплотнения и цикл повторяется. При этом между заполненным массивом и кровлей может образоваться полость 19 в виде щели неопределенных размеров. Верхняя часть материала сухой закладки будет не уплотнена. Для того чтобы исключить просадку кровли, полость 19 могут заполнить твердеющей закладочной смесью. Твердеющую закладочную смесь готовят в камере 4 (фиг. 3) растворосмесителем 21, затем бетононасосом высокого давления 22 подают в механизированную крепь. Механизированная крепь снабжена гибким шлангом с соплом 23 и механизмом 24 для подачи сопла в полость 19.

Для участков трубки с повышенным обводнением, нарушенностью горных пород, трещиноватостью, карстовыми пустотами, где требуется повышенная плотность и прочность локального участка, закладку ведут сухой закладочной смесью с добавлением цемента 3-10%. Сухую закладочную смесь с добавлением цемента производят в камере 4 на смесительной установке 25. Готовую сухую закладочную смесь с добавлением цемента механизмом 26 перегружают на закладочный конвейер 6. Все операции по заполнению выработанного пространства, а также по уплотнению ведут аналогичным образом, описанным выше. Наличие 3-10% цемента в закладочной смеси в течение 1-2 часов не влияет на физические свойства материала. Сухая закладочная смесь с добавлением цемента приобретает прочность до 70% от ее нормального на вторые сутки и поэтому на процесс укладки не влияет.

Формула изобретения

1. Способ закладки выработанного пространства при отработке кимберлитовой трубки механизированным комплексом в восходящем порядке, включающий уплотнение статическими нагрузками сухой закладки в нисходящем слое отработанного витка кимберлитовой трубки, для чего под основанием механизированной крепи, перед ее передвижением на шаг передвижки создают временное давление, близкое по величине разрушающему усилию для горного массива над механизированной крепью, затем снимают давление на горный массив и ведут перемещение механизированной крепи на шаг ее передвижки, после чего в механизированный комплекс подают приготовленную сухую закладку и заполняют освободившееся очистное пространство сухой закладкой в виде наклонных лент и производят первичное уплотнение сухой закладки в лентах статическим нагружением наклонной плоскости с перемещением ее в наклонном слое и одновременно ведут уплотнение динамическими нагрузками, воздействующими на сухую закладку через эту же наклонную плоскость.

2. Способ закладки выработанного пространства при отработке кимберлитовой трубки механизированным комплексом в восходящем порядке по п.1, отличающийся тем, что при приготовлении сухой закладки в часть ее объема вводят 3 - 10% цемента и во время заполнения наклонной ленты часть ее длины, где требуется по горнотехническим условиям повышенная прочность, заполняют сухой закладкой с добавлением цемента.

3. Устройство для ведения закладочных работ, включающее механизированный комплекс, конвейер для транспортировки сухой закладки в забой механизированной крепи, ограждающую стенку с цилиндром ее фиксации и источником динамического нагружения, отличающееся тем, что ограждающая стенка с гидравлическим цилиндром статического нагружения шарнирно подвешена на раму, которая, в свою очередь, шарнирно закреплена на основании механизированной крепи и снабжена дополнительным гидравлическим цилиндром поворота рамы и статического нагружения ограждающей стенки, а на ограждающей стенке в качестве источника динамического нагружения используют ударные узлы.

4. Устройство для ведения закладочных работ по п.3, отличающееся тем, что снабжено дополнительным смесителем для приготовления сухой закладки с добавлением цемента и механизмом для перегрузки готовой смеси на закладочный конвейер.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7