УДК: 622. 273. 218
Исследование и разработка оптимального состава закладочной смеси при выемки межштрековых целиков
– студент магистратуры гр. ГД-061,
– проф., к. т.н., КузГТУ
В последние 10-15 лет при подготовке выемочных участков в длинностолбовых системах разработки широко применяются схемы с оставлением целиков, практически полностью вытеснив бесцеликовые схемы. При этом, показатель потерь угля увеличился до 10-30%, мотивируя к разработке новых технологических схем, дающих возможность более эффективно извлекать полезное ископаемое. Таким образом, в отрасли угольной промышленности возникла комплексная проблема повышения полноты извлечения запасов угля и снижения эксплуатационных потерь при разработке.
При подготовке выемочных полей парными штреками с оставлением целиков, можно выделить несколько основных технологических схем:
1. Подготовка столба парными штреками по направлению от фланговых наклонных стволов.
Данная схема получила успешное применение на высокопроизводительных шахтах, вскрытых наклонными стволами, что обусловлено ее основными преимуществами:
· независимое ведение подготовительных и очистных работ;
· возможность опережающей подготовки выемочных столбов;
· простотою доставки с поверхности и монтажа оборудования в забое;
· наличием дополнительного выхода на поверхность в случае аварийной ситуации.
2. Подготовка парными штреками по направлению от центральных к фланговым наклонным стволам.
3. Подготовка столба встречными парными забоями.
Охранные межштрековые угольные целики, в зависимости от мощности пласта, глубины разработки и других горно-геологических условий, чаще всего, имеют ширину 15-25 м. Поэтому, извлечение охранных целиков не изменяет технологичность схемы подготовки выемочного столба парными штреками.
Нами предлагается технологическая схема по выемке охранного целика, заключающаяся в проведении парных штреков опережающими забоями и заполнением пространства вынутого целика закладочным материалом (рис. 1)
 | |||
|
| ||
 | |||
|
|
|
|
|
|
| |
| |
Рис. 1 Схема проведения парных штреков
1. Широкозахватный проходческий комбайн со стационарными анкероустановщиками
2. Скребковый конвейер
3. Перегружатель
4. Стационарный ленточный конвейер
5. Закладочный массив
6. Массив угля
7. Трубопровод гидротранспорта закладочного материала
8. Трубопровод с водой для промывки трубопровода 7
В качестве оборудования, используемого для проведения выработок и для извлечения целика, служит широкозахватный проходческий комбайн (ширина захвата исполнительного органа 4,8-5,6 м.). Крепление штреков осуществляется анкерным креплением. Бурение шпуров под анкера производится навесными бурильными установками, установленными на проходческом комбайне. Для транспортировки горной массы используется изгибающийся и прямолинейный скребковые конвейеры. В хвостовой части скребкового конвейера установлен перегружатель на стационарный ленточный конвейер. Производительность ленточного конвейера должна обеспечивать беспрерывное функционирование двух проходческих забоев одновременно. Качественный монтаж ленточного конвейера на этапе проходки выработок позволит использовать его для транспортировки угля из очистного забоя без дополнительных затрат. При этом ширина парных штреков составит 4,8-5,6 м., а ширина закладочной полосы будет зависеть от конкретных горно-геологических условий месторождения.
Одной из наиболее важных задач при описанной схеме является организация и временная ориентация всех выполняемых процессов. По мнению авторов, эффективная работа всех звеньев и минимальное время простоев может быть обеспечена по следующей схеме (рис. 2).
|
Рис. 2 Организация работ в подготовительных забоях
При доставке закладочной смеси на дальние расстояния целесообразно использовать гидротранспорт[1,2]. Схема комплекса по приготовлению и доставке закладочного материала представлена на рис. 3.
Рис. 3 Схема комплекса по приготовлению и доставке закладочной смеси.
Закладочный материал непрерывным способом приготавливают на земной поверхности и насосами транспортируют в шахту. Насос необходим, преимущественно для преодоления смесью расстояния от смесительной установки до шахтного ствола и регулирования производительности. Для перекачки закладочной смеси используются поршневые насосы, способные перекачивать пастообразные и зернистые материалы. Производительность насоса составляет до 500 м3/ч при давлении 30 атм. и 16 м3/ч при 100 атм. Гидростатическое давление в системе обеспечивает дальнейший уверенный транспорт по шахтовому трубопроводу диаметром 203 мм. Через распределители материал направляется на различные участки. В забое с помощью пневматического сопла возможна подача жидкого стекла или другой добавки для быстрого схватывания материала. При гидротранспорте также необходимо обеспечить согласование процессов промывки трубопровода и удаление излишков материала. Обеспечение постоянного контроля над качеством закладочного материала позволяет повысить производительность транспорта, увеличить расстояние доставки и оперативно регулировать состав смеси.
Проектирование систем по изготовлению и транспорту смесей должно обеспечивать беспрепятственную и стабильную подачу материала к подготовительным забоям. Поэтому крайне важно определить структурный состав смеси и её характеристики. Для создания высокопрочного закладочного массива, способного за небольшой промежуток времени обеспечить достаточную прочность, рациональным будет применение литой твердеющей закладки и возведение высокопрочной опалубки. Выбор компонентов для приготовления смеси очень разнообразен и оказывает решающее значение в качестве и характеристиках закладочной полосы.
Основными компонентами литой твердеющей закладки являются: вяжущее, активизатор, заполнитель, пластификаторы и ускорители.
Применительно к предложенной технологической схеме парного проведения штреков, состав смеси включает следующие компоненты.
Вяжущее. В качестве вяжущего материала применяется цемент марки М300 или доменные гранулируемые шлаки мелкого помола (для увеличения их активности). Применение отходов доменного производства Кузнецкого металлургического комбината позволит снизить стоимость приготовляемой смеси, при этом, сохранив достаточную прочность полосы.
Активизаторы. Это вещества, которые повышают гидравлическую активность вяжущего, усиливают процесс связывания компонентов. В качестве основного активизатора применяется портландцемент. Всего 1% портландцемента повышает активность 10% доменного шлака. В качестве дополнительного активизатора используется известь. Она обеспечивает улучшение свойств заполнителя, содержащего глину.
Заполнитель. Составляет около 90% закладочного материала и служит жесткой основой, уменьшает усадку и тепловыделение, повышает плотность смеси. В качестве заполнителя предлагается использовать природные пески (плотность 2,5-2,7 т/м3), обезвоженные отходы обогащения или отвальные породы. При наличии обогатительных фабрик целесообразно использовать смесь отходов обогащения с природными песками.
Пластификаторы и ускорители. Улучшают транспортабельность, повышают заполнение выработанного пространства, позволяют использовать меньшее количество активизатора. В качестве самого доступного пластификатора является глина, содержащаяся в заполнителе. Для ускорения твердения закладочной смеси рекомендуется применение: сульфата натрия, нитрата натрия и хлорида кальция.
Исходя из перечисленных компонентов, плотность закладочной смеси составит около 3000 кг/м3 (цемент - 20 кг; доменный шлак - 450 кг; заполникг; вода – 400 л.). Прочность закладочного массива составит 3,7-8,0 МПа через 28 дней и 8,7-14,3 МПа через 90 дней твердения.
Выдержав определенное время затвердевания закладочной смеси, снимают опалубку и на месте неё возводят прочную стенку, которая выполняет роль поддержания выработанного пространства, а также сохраняет закладочный массив. Материалами могут послужить: заполняющая пена Wilkit, жидкий цементный раствор CMT, carbofoam – p, tekblend.
Применение предложенной технологии подготовки выемочных полей способствует значительному увеличению полноты извлечения полезного ископаемого из недр(до 130 – 170 тыс. т. коксового угля при длине выемочного столба не менее 2000 м.) и снижению потерь полезного ископаемого при разработке пластов столбовой системой. Рациональный выбор состава закладочной смеси и способа ее транспортирования позволяет использовать технологию заполнения выработанного пространства экономически эффективно. Тем самым, представляется возможным решение актуальных и проблемных задач горного производства, достигается повышение экономической эффективности и безопасности труда на горном предприятии.
Список литературы:
1. , Закладочные работы в шахтах/,
– М.: Недра, 1989. – 398 с.
2. , Расчет процессов и систем подземной разработки рудных месторождений / , . Учеб. пособие, - Кемерово, 2008. – 152 с.
