Полная закладка выработанного пространства
Сущность управления горным давлением полной закладкой заключается в заполнении выработанного пространства пустой породой, называемой закладочным материалом.
Полная закладка выработанного пространства как способ управления горным давлением имеет многоцелевое назначение; уменьшение потерь полезного ископаемого и снижение вероятности возникновения эндогенных пожаров, что способствует повышению безопасности горных работ; при разработке мощных крутонаклонных пластов исключается возможность возникновения провалов на поверхности, уменьшается ее опускание. Применение закладки выработанного пространства является одним из природоохранных мероприятий, осуществляемых на ряде горнодобывающих предприятий. Однако закладка выработанного пространства является трудоемким процессом, требующим дополнительных затрат на ее осуществление. Поэтому ее применяют в тех условиях, где посредством полной закладки выработанного пространства представляется возможным обеспечить высокую безопасность работ и сохранность поверхности.
В качестве закладочного материала используют песок, гравий, дробленые коренные породы, отходы обогатительных фабрик, а также породы шахтных отвалов. На ряде шахт Кузбасса в качестве закладочного материала применяют дробленые коренные породы, добываемые в специальных карьерах.
Закладка выработанного пространства может быть гидравлическая, пневматическая, самотечная и механическая. Самотечная и механическая закладки обладают рядом существенных недостатков. Одним из них является значительная усадка закладочного массива. Поэтому эти виды закладки практически не применяются.
Применяют в основном гидравлическую закладку, при которой закладочный материал в выработанное пространство доставляют по трубам потоком воды. Закладочный материал перемещается по трубам с поверхности до забоя. Технологическая схема гидрозакладки включает следующие процессы: образование закладочной пульпы в смесительных камерах, транспортирование закладочного материала по трубам до выработанного пространства и его укладка, отвод воды до отстойников, ее осветление и откачка на поверхность. Схема гидрозакладочного комплекса представлена на рис. 4.48. В состав комплекса входят: 1 — бункер с закладочным материалом; 2 — смесительный лоток; 3 — гидромонитор для размыва закладочного материала; 4 — приемная воронка; 5 — пульпопровод; 6 — закладочный массив; 7—дренажная труба; 8—подземный водоотстойник; 9 — насос; 10 — трубопровод; 11 — поверхностный водоотстойник; 12 — насос.
Рис. 4.48. Принципиальная схема гидрозакладочного комплекса
Пульпопровод, в качестве которого используют армированные износоустойчивые трубы диаметром 150–200 мм, состоит из вертикальных к горизонтальных частей.
Перемещение пульпы по горизонтальной части пульпопровода осуществляется за счет разностей геодезических уровней смесительного устройства и места укладки закладочного материала в забое.
Эффективность гидравлической закладки зависит от гранулометрического состава материала и консистенции пульпы. К пульпе предъявляют довольно жесткие требования. Если в качестве закладочного материала используют дробленые коренные породы, то отношение твердой фазы к жидкой (Т:Ж) достигает 1:6, а при применении песка 1:1 или 1:1,5. Следовательно, с увеличением крупности закладочного материала расход воды резко возрастает. Допустимая максимальная крупность дробленых пород составляет 40—60 мм. Минимальный размер частиц равен 0,1 мм. Более мелкие частицы нежелательны по условиям выноса их водой из закладочного массива.
Закладочный материал при гидрозакладке должен легко отдавать воду. Это достигается ограничением содержания глинистых пород. Их должно быть не более 15%. Закладочный материал не должен также содержать горючих веществ. Закладочный массив после отделения воды должен быть газонепроницаемым.
Гидравлическая закладка обеспечивает более высокую плотность массива и минимальную его усадку под действием собственного веса и горного давления. Это определяет перспективность ее применения. Она характеризуется также большой производительностью и малой энергоемкостью. В то же время она имеет существенные недостатки, основными из которых являются: поступление в горные выработки большого количества воды, загрязнение выработок, невозможность совмещения работ по выемке угля и возведению закладки, большие капитальные и эксплуатационные затраты.
В отдельных случаях применяют твердеющую закладку. В ее состав вводят вяжущие компоненты. Такой закладочный материал значительно улучшает свойства закладочного массива.
При пневматической закладке транспортирование закладочного материала осуществляется по трубам сжатым воздухом. Смешивание сжатого воздуха и закладочного материала осуществляется в специальных пневматических закладочных машинах различной конструкции. К закладочной установке материал подается ленточным конвейером. Специальный питатель регулирует количество подаваемого закладочного материала. От машины закладочный материал перемещается по металлическим трубам диаметром до 150–200 мм. Давление сжатого воздуха 0,5 МПа, расход его на 1 м3 транспортируемого материала достигает 100–110 м3. Скорость движения материала на выходе из трубопровода достигает 30–40 м/с. Это обусловливает сравнительно высокую плотность закладочного массива.
Основными недостатками пневматической закладки являются: значительные капитальные затраты; большой расход сжатого воздуха, что удорожает стоимость закладочных работ, жесткие требования к закладочному материалу, быстрый износ труб и арматуры, большое пылеобразование.
Пневматическая закладка может применяться в различных горно-геологических условиях, в том числе и при комплексно-механизированной выемке.