Способ трубопроводной доставки твердеющей смеси в подземные горные выработки Российский патент 2024 года по МПК E21F15/08 B65G53/32 

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для трубопроводного транспортирования литых твердеющих смесей при закладке в горные выработки в условиях подземной разработки месторождений полезных ископаемых.

Известен способ транспортирования литой твердеющей смеси под действием гидростатического давления ее столба в вертикальном ставе трубопровода [«Закладочные работы в шахтах»: Справочник под ред. Д.М. Бронникова, М.Н. Цигалова. - М.: Недра, 1989. - С. 273-282].

Применение данного способа ограничивает недостаточный радиус доставки, невозможность использования транспортирования закладочных смесей по трубопроводам большой протяженности до очистных выработок на флангах рудных залежей. Также при скорости смеси с повышенной вязкостью в пределах 1 м/с, высок риск забутовки трубопровода и возникновение аварийных ситуаций, связанных с заиливанием труб его горизонтальных участков. В данном случае для обеспечения транспортабельности в смесь добавляют воды больше, чем нужно для гидратации вяжущего, что отрицательно сказывается на прочностных показателях формируемого массива, набираемых по технологическим, требуемым системой разработки, срокам его твердения.

Также известен способ трубопроводной доставки твердеющей смеси в подземные горные выработки (Тапсиев А.П., Анушенков А.Н., Усков В.А., Артеменко Ю.В., Плиев Б.З. Технология добычи полезных ископаемых / Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 2009. - №3. - С. 84-85), включающий загрузку смеси в пункте ее изготовления на поверхности, транспортирование смеси по трубопроводной магистрали, содержащей вертикальный и горизонтальный участки, восстановление реологических характеристик смеси в процессе транспортирования механическими устройствами и выгрузку смеси у мест закладки горных выработок.

Недостатком данного способа, является необходимость применения труб с большой толщиной стенки при значительных глубинах разработки. Другим недостатком способа является его низкая производительность при длинном плече транспортирования, вследствие невозможности полного восстановления текучести закладочной смеси при краткосрочном ее взаимодействии с установленными в трубопроводе механическими активаторами.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ трубопроводной доставки твердеющей смеси в подземные горные выработки, включающий загрузку смеси в пункте ее приготовления на поверхности, транспортирование смеси по трубопроводной магистрали, содержащей вертикальный и горизонтальный участки, восстановление реологических характеристик смеси в процессе транспортирования механическими устройствами в виде бесприводных гидродинамических генераторов или гидродинамических активаторов напорного действия, и выгрузку смеси у мест закладки горных выработок [Разработка комплексов приготовления и транспорта твердеющих смесей для закладки горных выработок: монография / А.Н. Анушенков; ГОУ ВПО «Гос. ун-т цвет. Металлов и золота». - Красноярск, 2006. С. 88-100].

Недостатком способа, принятого за прототип, является сужение внутреннего сечения трубопровода, возникающее вследствие установки механических устройств на его участках. А в процессе обработки смеси в устройствах состав смеси не изменяется, и динамическая вязкость ее не превышает уровень исходных показателей, чем увеличивается риск забутовки и заиливания трубопровода.

Задача предполагаемого изобретения заключается в изменении способа доставки смеси за счет понижения динамической вязкости и предельного напряжения сдвига, вследствие чего увеличится текучесть смеси, и доставка смеси до удаленных очистных выработок и укладка в них без избыточного увлажнения будут обеспечены.

Достигается тем, в способе трубопроводной доставки твердеющей смеси в подземные горные выработки, включающий загрузку смеси в пункте ее приготовления на поверхности, транспортирование смеси по трубопроводной магистрали, содержащей вертикальный и горизонтальный участки, восстановление реологических характеристик смеси в процессе транспортирования механическими устройствами, и выгрузку смеси у мест закладки горных выработок, согласно изобретения, восстановление реологических свойств смеси обеспечивают путем отделения транспортируемой твердеющей смеси от 5 до 10 % исходного объема в трубчатую аэрационную камеру и насыщения в ней водяным паром и последующим возвратом этой части в основной поток трубопроводной магистрали, при этом получение пара обеспечивают нагнетанием воздуха и воды с объемом каждого от 1 до 2% от первоначального объема твердеющей смеси.

Сущность технического решения поясняется графически. На фиг.1 приведена схема транспортирования аэрированных смесей в горные выработки, за счет установки аэратора под горизонтальным участком трубопровода, где: 1 – вертикальный участок трубопровода, 2 – горизонтальный участок трубопровода, 3 – трубчатая аэрационная камера, 4 – патрубок подводящий воздух, 5 – пневморегулятор, 6 – магистраль подачи воды, 7 – тангенциальное сопло, 8 – камера смешения, 9 – диффузор, 10 – грохот, 11 – полудиаметральное щелевое отверстие.

Предлагаемый способ доставки в подземные горные выработки твердеющей смеси, осуществляют следующим образом:

Приготовленную твердеющую смесь загружают в вертикальный участок трубопровода 1, которая подвигаясь под действием гидростатического давления, поступает в горизонтальный участок трубопроводной магистрали 2. В процессе продвижения по горизонтальному участку 2, часть смеси подвергают аэрации для восстановления ее реологических свойств в трубчатой аэрационной камере 3. Для этого от 5% до 10% от исходного объема твердеющей смеси отделяют посредством грохота 10, и направляют в трубчатую аэрационную камеру 3, где за счет насыщения ее водяным паром происходит дробление, измельчение и турбулентное смешивание ее компонентов.

Получение насыщенного пара обеспечивают распределением через тангенциальное сопло 7 сжатого воздуха, с объемом от 1 до 2% от первоначального объема твердеющей смеси, нагнетаемого пневморегулятором 5 через подводящий патрубок 4 и подачей воды объемом от 1 до 2% от первоначального объема твердеющей смеси в камеру 3 через магистраль 6. Выходя из тангенциального сопла 7 сжатый воздух рассеивается, и соединяясь с подаваемой водой и твердеющей смесью, образует мельчайшие пузырьки растворённого воздуха (пара), которые соединяясь лопаются и благодаря кавитации в камере смешения 8 происходит дробление, измельчение и турбулентное смешивание твердеющей смеси, тем самым восстанавливаются реологические свойства смеси. Далее смесь подают через диффузор 9 и через полудиаметральное щелевое отверстие 11 соединяют с необработанной (неаэрированной) частью смеси и транспортируются дальше в горные выработки.

Аэрированная часть смеси имеет высокую потенциальную энергию, сниженную плотность и вязкость, по сравнению с неаэрированной частью твердеющей смеси, вовлекаясь в которую, способствует снижению плотности и вязкости общего потока и повышает его скорость, способствуя, более эффективному транспортированию смеси в горные выработки.

Процентное содержание воздуха и воды определяется исходя из соображений разумной достаточности, - при подаче воздуха и воды объемом меньше 1 % для каждого от первоначального объема твердеющей смеси, процесс кавитации не состоится, так как объема воздуха и воды будет недостаточно для создания мельчайших пузырьков растворенного воздуха (пара) в твердеющей смеси. При подаче воздуха объемом больше 2 % и воды объемом больше 2 % от первоначального объема твердеющей смеси, соединение рассеянного сжатого воздуха, подаваемой воды и твердеющей смеси образует слишком большое количество мельчайших пузырьков растворенного воздуха (пара) и в процессе кавитации плотность и вязкость твердеющей смеси значительно снизится до плотности и вязкости, и при соединении с неаэрированной частью твердеющей смеси, весь объем смеси станет водянистым и потеряет основное свойство затвердевания.

Процентное содержание твердеющей смеси, поступающей в трубчатую аэрационную камеру также определяется исходя из соображений разумной достаточности, - при отделении твердеющей смеси, поступающей в трубчатую аэрационную камеру меньше 5% от первоначального объема твердеющей смеси, в конечном результате, аэрированной части твердеющей смеси будет недостаточно для восстановления реологических свойств общего потока при соединении с неаэрированной частью твердеющей смеси. При отделении твердеющей смеси, поступающей в трубчатую аэрационную камеру больше 10% от первоначального объема твердеющей смеси, при соединении аэрированной части твердеющей смеси с неаэрированной, общий поток станет водянистым, за счет сильного снижения плотности и вязкости твердеющей смеси, и потеряет основное свойство затвердевания.

Так как предельная длина транспортирования по горизонтальному участку трубопроводной магистрали находится в обратной зависимости от потерь напора в трубопроводе, которые в свою очередь напрямую зависят от плотности и вязкости твердеющей смеси, предложенный способ трубопроводной доставки твердеющей смеси в подземные горные выработки с аэрацией смеси в режиме кавитации, позволяет:

- получать аэрированные, мелкодисперсными пузырьками, твердеющие смеси с пониженными плотностью и вязкостью, увеличить предельную длину транспортирования твердеющей смеси, за счет восстановления ее реологических характеристик, сократить расход сжатого воздуха, за счет низкого процентного содержания (2%) его подачи в трубчатую аэрационную камеру и обеспечить равномерность укладки в удаленных горных выработках, за счет отсутствия их избыточного увлажнения, так как процентное содержание подачи воды в аэрационную камеру составляет всего 2% от первоначального объема твердеющей смеси.

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для трубопроводного транспортирования литых твердеющих смесей при закладке в горные выработки. Техническим результатом является увеличение расстояния доставки твердеющей смеси до удаленных очистных выработок за счет понижения динамической вязкости и предельного напряжения сдвига. Заявлен способ трубопроводной доставки твердеющей смеси в подземные горные выработки, включающий загрузку смеси в пункте ее приготовления на поверхности, транспортирование смеси по трубопроводной магистрали, содержащей вертикальный и горизонтальный участки, восстановление реологических характеристик смеси в процессе транспортирования и выгрузку смеси у мест закладки горных выработок. При этом восстановление реологических свойств смеси обеспечивают в процессе ее продвижения по горизонтальному участку трубопроводной магистрали путем отделения части транспортируемой твердеющей смеси от 5 до 10% от исходного объема в трубчатую аэрационную камеру и насыщения в ней водяным паром и последующим возвратом этой части в основной поток трубопроводной магистрали, причем получение пара обеспечивают нагнетанием воздуха и воды с объемом каждого от 1 до 2% от первоначального объема твердеющей смеси. 1 ил.

Способ трубопроводной доставки твердеющей смеси в подземные горные выработки, включающий загрузку смеси в пункте ее приготовления на поверхности, транспортирование смеси по трубопроводной магистрали, содержащей вертикальный и горизонтальный участки, восстановление реологических характеристик смеси в процессе транспортирования и выгрузку смеси у мест закладки горных выработок, отличающийся тем, восстановление реологических свойств смеси обеспечивают в процессе ее продвижения по горизонтальному участку трубопроводной магистрали путем отделения части транспортируемой твердеющей смеси от 5 до 10% от исходного объема в трубчатую аэрационную камеру и насыщения в ней водяным паром и последующим возвратом этой части в основной поток трубопроводной магистрали, при этом получение пара обеспечивают нагнетанием воздуха и воды с объемом каждого от 1 до 2% от первоначального объема твердеющей смеси.