устройство для закладки выработанного пространства

Формула изобретения

1. Устройство для закладки выработанного пространства, включающее шнековый пресс в обечайке с загрузочным приспособлением, консольно соединенный с приводом вращения, несущую раму и герметизатор между обечайкой и поверхностью горной выработки, отличающееся тем, что оно снабжено механизмом возвратно-поступательного движения шнекового пресса и обечайки вдоль оси вращения и компенсатором для обеспечения непрерывной подачи закладочного материала, соединенным одним концом с загрузочным приспособлением, а другим с трубопроводом.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено фиксаторами положения его несущей рамы в закладываемом выработанном пространстве.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной разработке пологих, опасных по газодинамическим явлениям пластов полезных ископаемых с безлюдной закладкой выработанного пространства (с отсутствием рабочего персонала в выработанном пространстве в процессе его закладки).

Известно устройство для безлюдной закладки выработанного пространства, состоящее из магистрального пульпопровода, отводов в закладываемую выработку, изолирующих и фильтрующих перемычек, сточного лотка, участкового рассолосборника, насоса, рассолопровода (Технология подземной разработки калийных руд. М. Недра, 1077, с. 156-160. Зильбершмидт В.Г. и др.). Недостатком этого устройства является низкий коэффициент заполнения выработанного пространства и неоднородность физических свойств образующегося при закладке закладочного массива в связи с естественной классификацией закладочного материала по крупности и по длине выработки (В.Н.Зимин, Гидравлическая закладка на калийных рудниках флотационными отходами обогатительных фабрик. Диссертация на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. - Л. 1968, 169 с.).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство, содержащее шнековый пресс с загрузочным устройством и приводом, несущую раму и герметизатор между обечайкой пресса и поверхностью горной выработки (а.с. 1444540, Е 21 F 15/00, 1987). Недостатками устройства являются его ограниченные эксплуатационные возможности по закладке выработанного пространства.

Предлагаемое изобретение решает задачу расширения эксплуатационных возможностей устройства в части закладки выработок различного поперечного сечения с высоким коэффициентом из заполнения.

Решение данной задачи опосредовано новым техническим результатом, заключающимся в дополнительном механическом воздействии на формируемый закладочный массив, распределенном почти по всему поперечному сечению закладываемого выработанного пространства, превышающему площадь поперечного сечения потока закладочного материала в шнековом прессе.

Существенные признаки предлагаемого технического решения:

ограничительные наличие шнекового пресса, заключенного в обечайке, снабженной загрузочным устройством, и консольно соединенного с приводом вращения несущей рамы;

отличительные устройство для закладки выработанного пространства снабжено механизмом для возвратно-поступательного движения шнекового пресса и обечайки вдоль оси вращения шнекового пресса, компенсатором, обеспечивающим непрерывную подачу закладочного материала в шнековый пресс в процессе его возвратно-поступательного движения, и герметизаторами для предотвращения проникновения закладочного материала за пределы закладываемого выработанного пространства в месте установки устройства; устройство снабжено фиксаторами положения его несущей рамы в устье закладываемого выработанного пространства.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков и техническим результатом заключается в том, что при снабжении устройства для закладки выработанного пространства механизмом для возвратно-поступательного движения шнекового пресса и обечайки вдоль оси вращения шнекового пресса, компенсатором, обеспечивающим непрерывную подачу закладочного материала в шнековый пресс в процессе его возвратно-поступательного движения, и герметизаторами для предотвращения проникновения закладочного материала за пределы закладываемого выработанного пространства в месте установки устройства создаются условия, независимо от соотношения поперечного сечения потока закладочного материала в шнековом прессе и поперечного сечения закладываемого выработанного пространства, для непрерывного формирования закладочного массива с поперечными размерами, почти равными поперечным размерам закладываемого выработанного пространства, и его перемещение в направлении оси вращения шнекового пресса до полной закладки выработанного пространства. Скорость формирования закладочного массива, его плотность и скорость перемещения по выработке зависят от соотношения диаметра торцевого шнека и поперечных размеров выработанного пространства, фактической производительности шнекового пресса и амплитуды его возвратно-поступательного движения, физико-механических свойств закладочного материала. При этом исключается хаотическое распределение закладочного материала, поступающего из шнекового пресса, по выработанному пространству (наблюдаемое в случае использования устройства по прототипу в нестандартных для его работы условиях), местное его переуплотнение и аварийная закупорка закладываемого выработанного пространства, когда продолжение закладочных работ становится невозможным. Наличие фиксаторов положения несущей рамы устройства в устье закладываемого выработанного пространства позволяет создавать и передавать на фиксируемый закладочный массив высокие осевые усилия, чем достигается закладка выработанного пространства большой протяженности.

На фиг.1 показана схема устройства для закладки выработанного пространства, вид сбоку; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1.

Устройство для закладки выработанного пространства состоит из шнекового пресса 1, заключенного в обечайке 2, снабженной загрузочными устройствами 3, и консольно соединенного с приводом вращения 4. Привод вращения размещен на платформе 5, которая соединена с обечайкой 2 и механизмом 6 для возвратно-поступательного движения шнекового пресса 1 и обечайки 2 вдоль оси вращения шнекового пресса 1 относительно несущей рамы 7. Телескопический элемент 8, соединенный с загрузочным устройством 3 и трубопроводом 9, является компенсатором, обеспечивающим непрерывную подачу закладочного материала в шнековый пресс 1 в процессе его возвратно-поступательного движения. При этом величина раздвижки телескопического элемента 8 соответствует (равна) величине хода шнекового пресса 1 при его возвратно-поступательном движении. Несущая рама 7 через гидроцилиндр 10 шарнирно соединена с органом перемещения 11 устройства, а через гидроцилиндры 12 с распорными балками 13, являющимися фиксаторами положения несущей рамы 7 в выработанном пространстве в процессе ведения закладочных работ. На торцевой поверхности обечайки 3 шарнирно с возможностью фиксации закреплены герметизаторы 14 для предотвращения проникновения закладочного материала за пределы закладываемого выработанного пространства в месте установки устройства.

Устройство для закладки выработанного пространства работает следующим образом. Устройство с помощью органа перемещения 11 устанавливают в устье закладываемого выработанного пространства, которое по периметру герметизируют посредством герметизаторов 14, которые при этом жестко фиксируются относительно обечайки 2. Трубопровод 9 подключают к средствам транспорта, обеспечивающим подачу закладочного материала к закладочному устройству. Включают гидроцилиндры 12 в результате распорные балки 13 приходят в соприкосновение с кровлей и почвой выработанного пространства (возможен вариант с боковыми поверхностями), чем достигается фиксация положения несущей рамы 7 закладочного устройства в выработанном пространстве. Закладочный материал по трубопроводу 9, телескопическому элементу 8 подают в загрузочное устройство 3, через которое материал попадает в шнековый пресс 1. При вращении шнекового пресса 1 закладочный материал перемешивается и перемещается в направлении выработанного пространства, а при включении механизма 6 и перемещении шнекового пресса 1 и обечайки 2 в осевом направлении формируется первичный закладочный массив, который со временем заполняет все поперечное сечение закладываемого выработанного пространства. Скорость формирования закладочного массива и его плотность зависит от соотношения диаметра торцевого шнека и поперечных размеров закладываемого выработанного пространства, фактической производительности шнекового пресса и амплитуды его возвратно-поступательного движения, физико-механических свойств закладочного материала. После окончания формирования первичного закладочного массива начинается процесс одновременного наращивания закладочного массива и его перемещения вдоль оси вращения шнекового пресса вплоть до полной закладки выработанного пространства. Выход прессуемого закладочного материала за пределы закладываемого выработанного пространства в месте установки закладочного устройства ограничивается герметизаторами 14, которые одновременно выполняют роль прессующих поверхностей. Воздух из закладываемого выработанного пространства удаляется через специальные каналы (не показаны).

По окончании закладочных работ в устье закладываемого выработанного пространства возводится изолирующая перемычка.

Пример конкретного выполнения. В контакте практического применения предложенного закладочного устройства авторами рассмотрен вариант закладки выработанного пространства рудника Второго Березниковского рудоуправления А.О. "Уралкалий" отходами обогащения сильвинитовых руд. На руднике отрабатываются камерной системой разработки пологие с неустойчивой кровлей и опасные по газодинамическим явлениям сильвинитовые пласты. Отходы обогащения сильвинитовой руды включают: солеотходы, глинистые шламы и рассолы.

Солеотходы обогатительной фабрики представляют собой комплексный продукт, обладающий гигроскопичностью и растворимостью, склонностью к слеживанию и комкованию, на 90-95% состоит из хлористого натрия, остальную часть составляет хлористый калий 4-7% и нерастворимый остаток (глинистые частицы) 1,8-2,3% Крупность зерен изменяется от 0,074 до 5 мм.

Глинистый шлам представляет собой суспензию нерастворимого остатка руды и мелкозернистой соли в солевом рассоле. Крупность зерен находится в пределе от менее 0,001 до 0,25 мм. На 50-53% глинистые шламы представлены фракцией - 0,01+0,001 мм.

Выполненные на кафедре разработки месторождений полезных ископаемых Пермского государственного технического университета исследования показали, что отходы обогащения сильвинитовой руды могут служить исходным компонентом для получения закладочных смесей, транспортирующихся при определенном соотношении с соляным рассолом по трубам. Причем дисперсной средой в этих смесях является глинистый шлам.

На физической модели в масштабе 1:100 моделирующую горную выработку диаметром 3,57 м и длиной 200 м, проведены эксперименты по определению энергозатрат на закладочные работы с использованием предложенного закладочного устройства. Установлено, что содержание нерастворимого остатка в закладываемой смеси не должно быть менее 5% а влаги 11% При производительности закладочного устройства 600 м³/ч и кпд установки 20% суммарная погребная мощность двигателей вращения шнекового пресса и его возвратно-поступательного перемещения составит около 300 кВт.

При использовании закладочных смесей с соотношением солеотходов с влажностью 10% к глинистым шламам плотностью 1,45 т/м³, рассолу плотностью 1,22 т/м³ как 0,723:0,16:0,117, удовлетворяющих требованию "свободного" транспортирования по трубопроводам, и применении 24 закладочных устройств предложенной конструкции производительностью 600 м³/ч каждый доказана возможность размещения в выработанном пространстве рудника 85% солеотходов и всех шламоотходов при коэффициенте закладки 95%

Предложенное устройство позволяет совмещать по времени и в пространстве закладочные и очистные работы по всему шахтному полю, снизить неблагоприятное воздействие отходов производства на природо-хозяйственную среду.