СПОСОБ ЗАКЛАДКИ ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА
METHOD OF MINED-OUT SPACE FILLING

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной разработке рудных залежей камерными системами разработки. Цель изобретения - снижение затрат на закладочные работы.
Известен способ комбинированной закладки камер второй очереди (патент SU 1273611), включающий проходку закладочных выработок над камерами, из которых бурят скважины и проходят вертикальные выработки для последующей подачи через них твердеющей смеси и сухой породы соответственно. На днище камеры укладывается породная подушка, полученная при взрывании потолочины полевого орта. В нижних заездах возводят изолирующие перемычки и по трубопроводу и скважине подают твердеющую смесь на подушку для заполнения ее пор и уплотнения. В последующем через вертикальные выработки подают сухую породу до кровли камеры. Проходкой дополнительных вертикальных выработок и подачей сухой породы ликвидируют пространство между конусами. В торцы камеры одновременно подают твердеющую смесь и сухую породу. Затем верхнюю часть камеры по периметру заполняют твердеющей смесью. Данный способ позволяет интенсифицировать процесс закладки при снижении затрат на закладочные работы. Недостатком известного способа является необходимость проходки дополнительных закладочных выработок в кровле камеры, и возможность реализации технологии только при закладке камер второй очереди.
Известен способ закладки камер (патент SU 1474278), включающий установку в выработанном пространстве камеры гасителя скорости, который выполнен в виде лучевого грохота с шириной отверстий, увеличивающейся от центра к краям грохота. Через скважину в кровле камеры подают сухой наполнитель, который при взаимодействии с гасителем скорости погашает свою скорость. При этом крупнокусковая масса перемещается по гасителю скорости и поверхности навала породы к стенкам камеры, а мелкая формирует ядро закладочного материала. По мере заполнения выработанного пространства сухим наполнителем осуществляют вертикальное перемещение гасителя скорости посредством каната, оставляя его на поверхности навала. Затем по скважине подают раствор вяжущего, который распространяется в основном по слою крупного материала. Данный способ обеспечивает снижение стоимости закладочных работ за счет уменьшения расхода вяжущего путем формирования закладочного массива с крупностью наполнителя, увеличивающейся от центра к краям закладываемой камеры. Недостатком известного способа является сложность оценки прочности и несущей способности периферийных частей закладочного массива, пропитанных твердеющей смесью.
Известен способ закладки камер (патент SU 1537838), включающий послойную подачу мелкой и крупной фракций породы в камеру. Каждый слой после отсыпки выравнивают бульдозером. При этом после укладки крупной фракции ее пропитывают твердеющей смесью.
В процессе отсыпки последующих слоев операции повторяются. Формирование повторяющихся слоев с мелкой породой в центре ведут до заполнения объема камеры на 4/5 по высоте. Верхний слой под кровлей полностью состоит из крупнокусковой породы, пропитанной вяжущим раствором. Данный способ обеспечивает повышение плотности и податливости закладочного массива от сейсмического действия взрывов и горного давления. Существенным недостатком известного способа является необходимость заезда бульдозеров в закладываемое пространство для выравнивания породной насыпи.
Известно авторское свидетельство на изобретение машины для заполнения выработок закладкой (№34499). Предлагаемая машина использует центробежную силу в том виде, как это имеет место в различных турбомашинах, то есть через посредство вращающегося колеса с косыми лопатками, которые, захватывая породу, будут сообщать ей скорость, направление которой будет регулироваться особым направляющим аппаратом.
Все части машины смонтированы на поворотной плите, для наклонения которой предназначена зубчатая рейка с колесиком.
Предлагаемая машина состоит из воронки для загрузки материала, конического колеса косыми турбинного типа лопатками и направляющего аппарата с прямыми лопатками.
Турбинное колесо вращается от электромотора посредством зубчатой передачи. Все части машины смонтированы на поворотной плите, которая может вращаться в горизонтальной плоскости и наклоняться при помощи зубчатой рейки с колесиком. Для передвижения машины предназначена тележка, приспособленная для рельсового пути и снабженная тормозным устройством.
Закладочный материал с кусками определенной величины подается в воронку, из которой он за счет живой силы падения и вакуума проходит слабо коническую часть турбинного колеса и попадает в самое колесо. Под действием центробежной силы вращения колеса материал получает ускорение, направленное вдоль лопаток и по достижении периферии колес, будет иметь некоторую окружную скорость и скорость движения вдоль лопаток. В направляющем аппарате скорость частично будет погашаться при ударе и трении о стенки и лопатки аппарата и материал будет направляться вдоль оси машины. Достоинством данного изобретения является реализация первых метательных машин (1933 г.). Недостатками разработанной машины для заполнения выработок закладкой являются: сложность организации доставки инертного материала к закладочной машине и ее загрузки; значительная трудоемкость операций по эксплуатации закладочных машин; низкая производительность и маневренность.
Известен способ закладки камер второй очереди при восходящем порядке разработки рудных месторождений (патент RU 2310075), заключающийся в подаче сыпучей породной закладки из заездов в камеру с откаточного штрека вышерасположенного этажа с помощью подземных автосамосвалов или погрузочно-доставочных машин (ПДМ), разгружающих ее непосредственно в камеру. С помощью бульдозеров закладку распределяют по площади камеры, а вибратор, дополнительно установленный на бульдозере, уплотняет верхний слой породной закладки и увеличивает ее плотность, создавая таким образом ровную и прочную поверхность плоского днища. При отработке вышерасположенной камеры производят отбойку руды на плоское днище с основанием из виброуплотненной породной закладки, а навал отбитой руды убирают с помощью самоходных ПДМ с дистанционным управлением, при этом оператор находится в погрузочном заезде откаточного штрека вышерасположенного этажа и ведет управление ПДМ дистанционно. Изобретение позволяет снизить себестоимость добываемой руды, сократить объем нарезных работ в блоке, снизить потери руды за счет погрузки всей руды и зачистки днища блока ПДМ с дистанционным управлением. Недостатками разработанного способа являются: небезопасность заезда бульдозера в закладываемое пространство камеры для разравнивания и уплотнения породной насыпи, а также ограниченная область применения (только для камер второй очереди при восходящем порядке разработки)
Наиболее близким по технической сущности является способ возведения комбинированного закладочного массива, сочетающий твердеющую и породную закладку [Минаев, Д.Ю. Технология комбинированного восходяще-нисходящего порядка отработки крутопадающей рудной залежи Тундрового месторождения Кольской ГМК: Дис. канд. техн. наук: 25.00.22 / Минаев Дмитрий Юрьевич. - Санкт-Петербург, 2007. - 230 с.], сущность которой заключается в одновременной подаче рыхлой сыпучей закладки автосамосвалами с опрокидным кузовом с одной стороны блока, а с другой стороны - монолитной твердеющей. В результате создается искусственный монолитный целик, который препятствует высыпанию закладки в выработанное пространство следующей камеры. Изменяя скорость подачи сыпучей и твердеющей закладок, регулируются размеры искусственного твердеющего целика.
Недостатками данного способа являются:
1) использование традиционных автосамосвалов с опрокидным кузовом, требующих увеличения поперечного сечения выработки, для возможности поднятия кузова;
2) необходимость заезда автосамосвала непосредственно в очистное пространство камеры, что запрещается правилами безопасности;
3) подъезд автосамосвала к краю несформированного закладочного массива для осуществления разгрузки, при этом существует опасность падения;
4) затруднительное передвижение автосамосвала по закладочному массиву из породы;
5) сложность контроля ведения закладочных работ;
6) усадка закладочного массива;
7) значительная площадь подсечения вышележащего рудного массива.
Указанные недостатки не обеспечивают безопасность ведения закладочных работ.
Техническим результатом изобретения является устранение указанных недостатков, а именно обеспечение отсутствия людей и техники в закладываемой камере.
Технический результат достигается тем, что способ закладки выработанного пространства включает заполнение выработанного пространства камеры твердеющей смесью и управляемый метательный сброс породной закладки. При этом твердеющий массив создается на границе рудного массива сопряженной камеры и составляет порядка 30% от общего объема формируемого закладочного массива.
Сущность предлагаемого способа поясняется чертежами, где:
Фиг. 1 - Стадия закладочных работ: 1 - полевой вентиляционный штрек; 2 - полевой доставочный штрек; 3 - подэтажный буровой штрек; 4 - транспортный заезд доставочного горизонта; 5 - подэтажный буровой орт; 6 - закладочный трубопровод; 7 - породная закладка; 8 - твердеющая закладка; 9 - автосамосвал с метательным устройством; 10 - изоляционная перемычка; 11 - центральный транспортный заезд вентиляционно-закладочного горизонта; 12 - несущий слой закладочного массива; 13 - транспортный заезд для сброса твердеющей смеси; 14 - транспортный заезд для сброса дробленой породы.
Фиг. 2. - Схема метания породы в камеру автосамосвалами, оснащенными метательным механизмом: 1 - транспортный заезд вентиляционно-закладочного горизонта.
Способ осуществляется следующим образом.
Для закладки выработанного пространства (фиг. 1) в транспортных заездах (4) доставочного (2) и бурового горизонтов (5) устанавливаются изоляционные перемычки (10) и в основании камеры возводится несущий слой (12) из твердеющей смеси прочностью не менее 5 МПа, обеспечивающий горизонтальную устойчивость комбинированного закладочного массива при подсечении.
Отвальная порода и порода от проходки доставляется автосамосвалами для дробления на участок подготовки закладочного материала. Техническими возможностями автосамосвала с метательным механизмом (9) фирмы «PAUS» (Германия) крупная фракция регламентируется максимальным размером 50 мм. Далее дробленая порода перепускается в восстающий, оборудованный затвором для загрузки кузов автосамосвалов типа PMKT SWF, UNI SWF с метательным устройством и доставляется к транспортным заездам (11, 14) вентиляционного горизонта (1) для управляемой закладки в отработанную камеру.
Изменение метательным механизмом угла метания в вертикальной (от 0 до 49°) и горизонтальной (на 55° от продольной оси машины) плоскостях и скорости движения ленты позволяет осуществлять управляемый сброс породной закладки в заданную поверхность штабеля, обеспечивающий уплотнение породы в «теле» штабеля за счет силы удара кусков породы о неподвижный большой объем заложенного штабеля, который конструктивно размещен вдоль поперечной оси камеры.
Управляемый метательный способ сбрасывания дробленой породы в заданную точку площади камеры первоначально осуществляется из центрального транспортного заезда (11 на фиг. 1) вентиляционно-закладочного горизонта, расположенного в лежачем боку камеры (1) (фиг. 2).
Слой штабеля с уплотненной породой выполняет функцию «подпорной» стенки для укладываемого слоя твердеющей смеси, подаваемой от поверхностного закладочного комплекса по закладочному трубопроводу (6) (фиг. 1) с крайнего флангового заезда (13). Одновременно с подачей в камеру твердеющей смеси с другого крайнего транспортного заезда (14) управляемо автосамосвалом сбрасывается порода. Послойные объемы твердеющей и породной закладки рассчитываются, исходя из времени возведения каждого слоя и времени на потерю подвижности твердеющей смеси. Цикл закладочных работ повторяется до полного заполнения камеры.
Предложенный способ закладки выработанного пространства отличается от прототипа использованием в качестве закладочной техники автосамосвалов, оснащенных метательным механизмом, исключающим ряд (1-5) недостатков первого, а также технологией возведения и областью применения (если первый вариант - для восходящей технологии ведения горных работ, предложенный - для нисходящей).