Фильтрующая канатно- ленточная перемычка для гидрозакладочных работ на калийных рудниках

УДК 622.273.2

М.И. Русаков, Б.А. Борзаковский, П.А. Кузнецов, В.А. Тихонов

ФИЛЬТРУЮЩАЯ КАНАТНО-ЛЕНТОЧНАЯ ПЕРЕМЫЧКА ДЛЯ ГИДРОЗАКЛАДОЧНЫХ РАБОТ НА КАЛИЙНЫХ РУДНИКАХ

Для калийных рудников в ОАО «Галургия» разработана гибкая фильтрующая перемычка, состоящая из фильтрующей оболочки, удерживающих, несущих и прижимных (оконтуривающих) элементов, уплотнителя, анкеров, и даны рекомендации по материалам для строительства перемычки. На руднике СКРУ-3 проведены испытания гибкой фильтрующей перемычки. В результате опытных работ установлено, что на гидрозакладочных работах в калийных рудниках для использования в качестве фильтрующих перемычек в простых горнотехнических условиях подходят гибкие перемычки, удержание пульпы солеотходов в которых обеспечивается за счет доступного фильтрующего материала (мешковины) и текстильных строп с высокой разрывной прочностью, а трудоемкость возведения в 3-10 раз меньше в сравнении с применяемыми типами перемычек. При использовании такой перемычки протекания закладочной пульпы по контакту «перемычка-соль» не зафиксировано, а ее элементы пригодны для многоразового использования. С учетом результатов испытаний намечены пути совершенствования конструкции гибкой перемычки.

Ключевые слова: гибкая фильтрующая перемычка, гидрозакладочные работы, канаты, фильтрующий материал, прижимные и удерживающие элементы, трудоемкость, многоразовое использование.

В настоящее время закладочные работы на калийных рудниках ПАО «Уралкалий» ведут на трех рудниках СКРУ-1, СКРУ-2 и СКРУ-3. Годовая производительность на каждом руднике 3,0 млн т. На двух рудниках БКПРУ-2 и БКПРУ-4 ведется строительство закладочных комплексов с годовой производительностью соответственно 2,5 и 4,0 млн т.

В качестве закладочного материала используются солевые отходы обогатительных фабрик средней крупностью 0,7—1,9 мм, состоящие из каменной соли (95%) с примесью сильвина (1,0— 1,5%), гипса (2,0—2,5%) и глинистых материалов (1,0%).

ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 5. С. 170-177. © 2017. М.И. Русаков, Б.А. Борзаковский, П.А. Кузнецов, В.А. Тихонов.

Добычу руды на рудниках производят камерным способом, поэтому в зависимости от горнотехнических условий для удержания пульпы устанавливают фильтрующие перемычки, как в горловинах камер, так и на штреках. Используют три типа перемычек — деревянные, буровзрывные и насыпные. Так как буровзрывные перемычки можно возвести при наличии мощного междупластья, а насыпные при наличии вблизи возводимой перемычки достаточного объема каменной соли от проходки подготовительных выработок, то наибольшее распространение получили деревянные перемычки.

Ввиду большого объема закладки требуется большое количество перемычек, а следовательно, большие материальные и трудовые затраты на их возведение. Удельный расход лесоматериалов на деревянную перемычку составляет 0,08—0,1 м3/м2, а удельные трудозатраты 10 чел.ч на 1 м2 перемычки.

Для снижения материалоемкости и трудоемкости перемычек проанализирована возможность использования так называемых инвентарных и гибких перемычек. Анализ показал, что из-за большого разнообразия сечений выработок, в которых возводят перемычки, даже на одном руднике разработка надежной инвентарной перемычки невозможна.

Известно много конструкций гибких перемычек для различных условий. Для калийных рудников наиболее подходят конструкции [1—3].

Институт ОАО «Галургия», взяв за основу эти конструкции, разработал гибкую перемычку, показанную на рис. 1. Силовой

Рис. 1. Конструкция фильтрующей перемычки: 1 — фильтрующее полотно; 2 — швеллер; 3 — высокоэластичное уплотнение; 4 — металлический трос; 5 — клиновое гнездо; 6 — анкер; 7 — сливная труба

Рис. 2. Узел крепления каната и крепление прижимных элементов к поверхности выработки: 1 — фильтрующее полотно; 2 — швеллер; 3 — высокоэластичное уплотнение; 4 — канат; 5 — клиновое гнездо; 6 — анкер; 7 — металлическая петля; 8 — зажим

каркас смонтирован ячеистым из вертикальных и горизонтальных тросов, закрепленным к анкерам соответственно в почве и кровле и в стенки выработки. В узлах пересечения тросы закреплены между собой, образуя ячейки. Фильтрующее полотно закреплено по периметру выработки прижимными элементами через высокоэластичную прокладку. Узел крепления тросов и фильтрующего полотна показан на рис. 2.

Площадь фильтрующего полотна заведомо больше площади сечения выработки, благодаря чему оно опирается на тросы в каждой ячейке. Поэтому на фильтрующее полотно действует нагрузка пропорциональная площади ячейки. Суммарная нагрузка от ячеек передается на тросы.

Нагрузка от натяжения тросов передается на анкеры. Так как несущая способность анкеров ограничена, то по их несущей способности рассчитывают шаг между анкерами. Натяжение тросов зависит от высоты выработки, высоты слоя закладки, удерживаемого перемычкой, интенсивности закладочных работ и прогиба тросов.

Натяжение тросов на один метр ширины выработки с достаточной точностью можно определить по формуле:

^ = 0,5-ук2-к2сл •(!-0,43-ксл ) • +1 , Н/м,

тах

ьсл

где у — удельный вес закладочного массива, удерживаемого перемычкой, Н/м3; h — высота выработки, м; kсл — коэффициент высоты слоя закладочного массива от высоты выработки; 0,43 — коэффициент, учитывающий, что давление на перемычку переменно по ее высоте; kf — коэффициент прогиба троса от высоты выработки.

Удельный вес закладочного массива принимается с учетом того, что он полностью рассолонасыщен.

Удельный вес закладочного массива определяется по формуле: у

1 = 1о +(1 -—) -1Р , Н/м3,

У т.с

где ус, утс, ур — удельный вес соответственно массива соли, твердых частиц соли и рассола, Н/м3.

При ус = 13 000 Н/м3, утс = 21 500 Н/м3, ур = 12 300 Н/м3 удельный вес закладочного массива составляет 17 800 Н/м3.

При известной несущей способности анкеров Sa расстояние между ними составит _

I = , м.

а г,

тах

Ввиду того, что гибкий элемент испытывает максимальную нагрузку короткое время, коэффициент запаса прочности принимается равным 1,3—1,5. В этом случае прочность на разрыв троса должна быть не менее (1,3—1,5) Sa.

Например, в выработке высотой 3,2 м, при высоте слоя закладочного массива 2,4 м, kсл = 0,75, прогибе тросов 0,35 м, kf = 0,11 удельное натяжение составит 180 976 Н. При стандартной несущей способности анкеров, применяемых в ПАО «Уралкалий» 50 000 Н, шаг между анкерами составит 0,36 м. Прочность на разрыв троса не менее 70 000 Н.

В 2015 г. на руднике СКРУ-3 ПАО «Уралкалий» возвели и провели испытания гибкой фильтрующей перемычки. Перемычку установили в междукамерной сбойке, пройденной комбайном Урал-10, сечение выработки 10,5 м2, высота 2,6 м.

При строительстве перемычки были использованы материалы, применяемые на руднике, что привело к изменениям конструкции перемычки. Силовой каркас выполнен из строповой ленты на основе полиэстера шириной 50 мм. Непрерывная лента пропущена через проушины, закрепленные анкерами. Этот прием значительно сократил время монтажа силового каркаса. Фильтрующий элемент выполнен комбинированным: несущий элемент полотна — сетка «Рабица», фильтрующий — трехслой-

Рис. 3. Гибкая фильтрующая перемычка, испытанная в руднике СКРУ-3 ПАО «Уралкалий»: общий вид перемычки

ная мешковина. Комбинированный фильтрующий элемент прижат по периметру выработки стальными полосами, а в качестве уплотнения между контуром выработки и стальной полосой использована скрученная в рулон мешковина. В качестве анкеров использованы клинораспорные анкера КРА-16, производства Новокузнецкого завода. Длина анкеров 0,75 м, несущая способность 50 кН.

Общий вид перемычки показан на рис. 3. Трудозатраты на возведение перемычки составили 32 чел. ч, удельные трудозатраты 3,1 чел. ч на 1 м2 перемычки.

Во время испытаний нагрузка на перемычку возрастала постепенно по мере подачи пульпы. Высота слоя закладочного массива после первой подачи пульпы 0,3 м; через трое суток после повторной подачи высота слоя составила 1,2 м; через

Рис. 4. Схема укладки бревна: 1 - бревно; 2 - штырь/труба; 3 - закладочный массив

Рис. 5. Вид силового каркаса перемычки: 1 — фильтрующее полотно; 2 — прижимной элемент; 3 — уплотнительный материал; 4 — металлический трос; 5 — строп; 6 — анкер

сутки после третей подачи — 2,0 м. Следует отметить, что основную нагрузку несли вертикальные ленты, а горизонтальные не были натянуты.

Характерной особенностью перемычки явилось то, что перед перемычкой не образовался прудок рассола, который характерен для деревянной перемычки. Отсутствие прудка рассола объясняется высокой фильтрующей способностью перемычки. Это подтверждается и тем, что спустя двое суток после последней подачи пульпы закладочный массив полностью обезводился, и стало возможно демонтировать перемычку. Уплотнение из скрученной мешковины показало хорошие результаты, протекания даже мелких частиц соли не отмечено.

Результаты демонтажа следующие. Полностью извлечена несущая синтетическая лента, извлечены 70% анкеров и прижимных элементов. Анкера из почвы не извлечены ввиду затрудненного к ним доступа из-за прогиба фильтрующего полотна, нависшего над головками анкеров.

С учетом результатов испытаний намечены следующие пути совершенствования конструкции гибкой перемычки.

Для создания условий извлечения анкеров из почвы выработки рекомендуется установить на почве выработки бревно, удерживаемое штырями. Схема укладки бревна показана на рис. 4.

Для уменьшения натяжений в силовых элементах в высоких камерах предлагается разделить силовой каркас перемычки на верхнюю и нижнюю части. С этой целью на высоте от почвы 0,3—0,4 высоты выработки устанавливают горизонтальный трос с прикрепленными к нему проушинами. Трос закрепляют

в стенках выработки. В верхней части непрерывную ленту продергивают через проушины, закрепленные к анкерам к кровле и проушины на тросе, а в нижней части — через проушины, закрепленные к анкерам в почве и проушины на тросе. Вид силового каркаса показан на рис. 5. При такой конструкции верхняя и нижняя части перемычки работают раздельно, натяжение в силовых элементах меньше за счет уменьшения высоты.

Результаты разработки конструкции гибкой перемычки для условий калийных рудников и ее испытания позволяют сделать следующие выводы:

• конструкция перемычки имеет низкую материалоемкость и позволяет до 70% повторно использовать анкера, ленту, прижимы;

• использование силового элемента в виде непрерывной ленты значительно сокращает продолжительность монтажа перемычки;

• трудозатраты на возведение перемычки в три раза меньше по сравнению с деревянной перемычкой;

• фильтрующая способность перемычки больше, что обеспечивает ее большую надежность;

• уплотнение фильтрующего полотна прижимными элементами с помощью скрученной мешковины высокоэффективно и надежно.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Борзаковский Б. А., Папулов Л. М. Закладочные работы на Верхнекамских калийных рудниках: справочник. — М.: Недра, 1994. — 234 с.

2. Борзаковский Б. А., Миронов С.П. Патент 1723337 СССР. Опалубка. - опубл. 30.03.1992, Бюл. №12.

3. Борзаковский Б. А., Рудаков В. Ф. Патент 2038484 Российская Федерация. Гибкая закладочная перемычка. — опубл. 27.06.1995. итш

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Русаков Михаил Ильич1 — зав. лабораторией, e-mail: rusakov.mihail@gallurgy.ru,

Борзаковский Борис Александрович1 — кандидат технических наук, советник генерального директора, Кузнецов Павел Александрович2 — главный специалист горного управления,

Тихонов Вадим Александрович2 — заместитель главного инженера,

1 ОАО Уральский научно-исследовательский

и проектный институт галургии (ОАО «Галургия»),

2 ПАО «Уралкалий».

UDC 622.273.2

Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2017. No. 5, pp. 170-177. M.I. Rusakov, B.A. Borzakovskiy, P.A. Kuznetsov, V.A. Tikhonov FILTERING CABLE BELT BARRIER FOR HYDRAULIC FILLING OPERATIONS IN POTASH MINES

At present drilling-and-blasting, fill and wooden filtering barriers are used in hydraulic filling areas of potash mines of Uralkali PJSC. Type of the used barriers is defined taking into account mining and geological and mining and technical conditions of filling operations performance. Construction of such barriers is labour-intensive and material intensive, quality of wooden barriers depends on wood quality, coefficient of brine permeability through fill barriers is low, pulp leakage is highly probable through the contact of fill and drilling-and-blasting barriers and wall. Specified features of the applied barriers have predetermined necessity to develop a barrier structure which has a small weight, is constructed in short period, is mul-tiuse. Flexible filtering barrier has such advantages and its bearing elements are cables and strong filtering material (geotextile). For potash mines Galurgia OJSC has developed a flexible filtering barrier consisting of filtering shell, fixing, bearing and pressure (contouring) elements, sealer, anchors, and has provided recommendations on materials for the barrier construction. Testing of the flexible filtering barrier has been performed in Solikamsk potash mine 3. As a result of the test survey it has been established that by hydraulic filling operations in potash mines flexible barriers are suitable for use as filtering barriers in simple mining and technical conditions, on which holding of salt waste pulp is provided due to accessible filtering material (sacking) and textile lines of high tensile strength and labour intensity of construction is 3-10 times less compared to the applied types of barriers. Using such a barrier there is no filling pulp leakage on «barrier-salt» contact, and its elements are suitable for multiuse. Taking into account the survey results it is planned to improve the flexible barrier structure.

Key words: flexible filtering barrier, hydraulic filling operations, cables, filtering material, pressure and fixing elements, labour intensity, multiuse.

AUTHORS

Rusakov M.I}, Head of Laboratory, e-mail: rusakov.mihail@gallurgy.ru, Borzakovskiy B.A.1, Candidate of Technical Sciences, Adviser to General Director,

Kuznetsov P.A.2, Chief Specialist, Mining Department, Tikhonov V.A.2, Deputy Chief Engineer,

1 Open Joint Stock Company Ural Research and Development Institute of Halurgy (Galurgia OJSC), 614000, Perm, Russia,

2 Public Joint Stock Company Uralkali (Uralkali PJSC), 618426, Perm krai, Berezniki, Russia.

REFERENCES

1. Borzakovskiy B. A., Papulov L. M. Zakladochnye raboty na Verkhnekamskikh ka-liynykh rudnikakh: spravochnik (Backfilling operations in Upper Kama potash mines: Handbook), Moscow, Nedra, 1994, 234 p.

2. Borzakovskiy B. A., Mironov S. P. Patent USSR 1723337, 30.03.1992.

3. Borzakovskiy B. A., Rudakov V. F. Patent RU2038484, 27.06.1995.