Способ закладки выработанного пространства Советский патент 1992 года по МПК E21F15/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке полезных ископаемых с закладкой выработанного пространства.

Известен способ закладки при разработке месторождений полезных ископаемых во флексурных зонах, когда закладку нижней и дозакладку верхней частей выработанного пространства камер осуществляют одновременной подачей твердеющего материала и сухой породы, а между этими участками - подачей сухой породы.

Недостаток данного способа заключается ВТОМ, что при смешивании закладочного раствора и инертного заполнителя в камере при их совместной подаче происходит изменение реологических характеристик .образованной таким образом смеси, т.е. увеличивается вязкость и начальный модуль сдвига, а также увеличивается плотность и диаметр частиц смеси, что приводит к росту критической скорости и существенному уменьшению скорости ее движения в центральной части, состоящей из сухой породы, и в результате происходит закупорка поровых каналов и образование зоны несвязанного сыпучего материала, а это приводит к ухудшению качества закладочного массива и снижению его несущей способности.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ закладки выработок, включающий раздельную подачу инертного заполнителя в середину выработки до образования конуса и закладочного раствора по периметру выработки, причем поток инертного заполнителя перед его подачей делят на две части (мелкую и крупную фракции), при зтом часть

из крупной фракции смешивают с закладочным раствором и подают послойно по периметру одновременно с подачей другой части заполнителя из мелкой фракции в середину выработки.

Однако при образовании реологической смеси из крупного инертного заполнителя и закладочного раствора У1роисходит одновременный рост плотности, вязкости и начального модуля сдвига, что приводит к резкому увеличению критической скорости, ниже предела которой будет наблюдаться осаждение частиц реологической смеси в центральной части инертного заполнителя на небольшом расстоянии от периферии.

Так как скорость движения реологической низкая, то в каналах пор центральной части происходит интенсивное осаждение частиц заполнителя и закупорка пор каналов, вследствие чего прекращается процесс движения смеси в середину выработки и в результате ухудша.ется качество закладочного массива и снижается его несущая способность.

Цель изобретения - повышение несущей способности искусственного массива за счет улучшения его качества.

Поставленная цель достигается тем. что и йзвастноМ способе закладки выработанного/пространства, включающем проходку выработок, Одновременную подачу твердеющего и сыпучего материала с образованием конусов, твердеющий раствор подают .в зоны, примыкающие к основаниям конусов из сыпучего материала, которые формируют над уровнем твердеющего раствора, а скорость движения последней определяют из вырах ения

0 Е А„со5.2.е,..Л . оЛО р .

A, ijuy.co..2.d,;

о 1

Г г /п - jr-2 S. / „- ,1

ЬиЬНх )(.ytC,)

() (л-y),efм .а ,

где а - средний диаметр пор сыпучего материала;

и- коэффициент динамической вязкости твердею.щего раствора; р - объемный вес твердеющего раствора;

т - время прохождения процесса;

TO- начальный модуль сдвига реологического раствора;

Р-гидростатический напор раствора; X, у - координаты движущегося фронта раствора в капилляре;

ао - размер зоны структурного течения раствора.

Совокупность отличительных признаков позволяет обеспечить,наполнение закладочного массива по всей его высоте и заданной площади за счет о/ но временного осуществления как погружения сыпучего материала в зонах, примыкающих к основаниям конусов, так и пропитки сыпучего наполнителя практически по всей высоте закладываемой выработки, улучшая качество закладочного массива.

Кроме того, формирование конусов из сыпучего материала над уровнем твердеющей смеси позволяет при дальнейшей подаче неоднородного материала произвести дифференцирование его по классам на мелкую и крупную составляющие. Ввиду низкой кинетической энергии первая идет на наращивание высоты конуса, а другая,имея значительный энергетический потенциал, скатывается к основанию и погружается в твердеющий раствор/

При движении твердеющей смеси со скоростью, опредепенной из выражения:

U 0«-cos -.2..,p.(2n.,).i.t .

,|jUy.ca5Ei ;2Sy.dy;

n

f 1 ff /„1 г ,z z. .. /„ „, ,1

UP- )-o()J«Mo«# c oi

3 - средний диаметр пор сыпучего мате риала;

fi - коэффициент динамической вязкости твердеющего раствора; р- плотность раствора:, t- время прохождения процесса; TO - начальный модуль сдвига реологического раствора; р - гидростатический напор раствора;

X, у - коэффициенты движущегося t pOHта раствора в капилляре;

ао - размер зоны структурного течения раствора,

улучшается прохождение смеси по каналам пор сыпучего материала и его пропитка и, тем самым, улучшается качество и повышается несущая способность закладываемого массива.

На фиг. 1 показана схема закладки камеры со смыкающимися зонами погружения сыпучего наполнителя; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - схема образования закладочного массива в вертикальном разрезе; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 3.

Способ закладки выработанного пространства осуществляют следующим образом.,,

Выше закладываемой камеры 1 на безопасном расстоянии над ней или над целиком соседней вторичной камеры проходят закладочный штрек 2. Из него проходят выработки или скважины 3 для подачи сыпучего материала и скважины 4 для твердеющего раствора. При этом твердею-щий раствор доставляют от места приготовления известными способами, например по трубопроводам, а сыпучий материал, например, самоходным транспортом, силой собственного веса или взрыва при получении его путем отбойки породы в кровле закладываемой выработки или в вышерасполОженной специальной вырабртке. Предпочтительным является наличие минимума мелких фракций (менее 5 мм в диаметре) в сыпучем материале для увеличения глубины и полноты его пропитки. Камера изолируется перемычками 5. В начальной стадии закладки из сыпучего заполнителя 6 выше уровня 7 твердеющего раствора 8 образуют конусные в поперечном разрезе и различные по форме в плане насыпи 9, окруженные со всех сторон жидким твердеющим раствором. Высоту этих насыпей в процессе закладки поддерживают на уровне hr, tntgy, где 1п-глубина пропитки.угол естественного откоса сыпучего материала. Для этого интенсивность подачи твердеющего раствора и сыпучего заполнителя сохраняют в определенном соотношении. Сыпучий материал подают на вершины 10 насыпей 9, а твердеющий раствор 8 в пространство между их основаниями.

По предлагаемой технологии подачи закладочных материалов в камере происходят следующие процессы.

Сыпучий материал по боковой поверхности насыпи 9, от вершины до основания, дифференцируется на крупную и мелкую фракции, причем, скатываясь, первая погружается в твердеющий раствор за контуром основания насыпи.

Твердеющий раствор ниже основания насыпи проходит по каналам пор сыпучего материала. Для полной его пропитки размер основания насыли не должен превышatь величины In - длины зоны пропитки.

высота насыпи ограничена hn Intg o. где (fo- угол естественного откоса сыпучего материала, а скорость движения твердеющего раствора удовлетворяет соотношению

и 2А„-со5 -ггу«рГ-(2г,0.Л

ИеО иОО -

я/й.

а/1

-fbZn-ft

„-.Ju..dy,.

I/Jib l;P f,) (Pa,) ««и о (4- p.ч

,/°-S -/ f -#J...

где а - средний диаметр пор сыпучего материала;

20fi- коэффициент динамической вязкости твердеющего раствора;

объемный вес твердеющего раствора;,

tc время прохождения процесса;

25Го - начальный модуль сдвига реологического раствора;

Р - гидростатический напор раствора; X, у - координаты движущегося ф зонта раствора в капилляре;

30 ; зо- размер зоны структурного течения раствора.

В результате в закладочном массивеобразуются три зоны: зона 11 пропитки сыпучего материала, имеющая форму столба с

35 поперечным сечением, равным основанию насыпи, и располагающаяся непосредственно под ним; зона 12 погружения заполнителя, примыкающая к зоне пропитки с внешней стороны и охватывающая ее замк.0 нутым контуром (по горизонтальному сечению), по форме повторяющим форму основания насыпи; зона 13 твердеющей смеси без заполнителя, примыкающая с внешней стороны к зоне погружения;

5 При приближении вершин конусообразных насыпей к кровле закладываемой выработки подача сыпучего может быть прекращена или продолжена выше кровли при расширении нижней части скважинь

50 (выработки) взрывами до необходимого размера, что способствует достижению наибольшей полноты закладки. После Затвердевания закладочного массива и его - усадки при необходимости может быть произведена дозакладка.известными способами.

В связи с присутствием мелких частиц , вяжущего и заполнителя (0.05-0,2 мм) критическая скорость твердеющего раствора.

при которой начнется процесс их осаждения, будет низкой. Из-за отсутствия в растворе крупных абразивных частиц коэффициент динамической вязкости и .начальный модуль сдвига будут иметь низкие величины. В |эезультате при одной и той же величине гидростатического напора скорость движения твердеющего раствора в каналах пор будет в несколько раз выше, чем в известных, и может быть определена по формуле при следующих характеристиках для примера (а 0,005 м; /4 0.015 Па.- с; Р 510 То 1,2 Па;.ао 0.00235 м: X 0.5 м; р 1700 у - 0,00235 м; t« 3.0 с.

-i - -- -- - altt

A.|JUy-cos.27Ij/.

о.

,-c 5S 2Sifexp -(2,,l),Oi,M/s

При большой величине начальной скорости твердеющего раствора U 0.041 м/с (при данных его характеристиках) будет происходить сокращение только времени полной пропитки до центра по горизонтальным сечениям. Положительного, как и отрицательного значения этогфект сам по себе не и.меет, возможно такое положение приведет к некоторому повышенному расходу вяжущего.

Однако, если для конкретного значения пн In tg 0.7В м будет сохранено, при прочих равных условиях. U 0.41 м/с. то даже для значения t - «центральная часть столба мз икйртного заполнителя будет непропмтанной и не обеспечит необходимого качества.

Следовательно, при соблюдении величин Ьн 0.5 и и и 0.41 м/с будет получена наилучшая пропитка породного столба и получение высокого качества закладочного массива,

Предлагаемый способ закладки позволяет возводить качественные закладочные массивы с большим содержанием инертного заполнителя и довести его до 70%. значиельно повысив скорость пропитки сыпучего материала,

Использов;ание предлагаемого способа

позволяет за счет пропитки сыпучего наполнителя по всей высоте закладываемой выработки улучш ить качество закладочного массива и, тем самым, повысить его несущую способность, создавая прочные закладочные массивы с повыш,енной жесткостью по всему объему или в расчетной его части. Формула изобретения Способ закладки выработанного пространства, включающий одновременную

подачу твердеющего раствора и сыпучего материала с образованием конусов, отличающийся тем. что. с целью повышения несущей способности искусственного массива за счет улучшения его качества, образуют конусы из сыпучего материала с погружением чарти их в твердеющий раствор, который подают а зоны, примыкающие к основаниям конусов, с пропиткой сыпучего материала со скоростью, определяемой из выражения

U An-cos - -ffi/ P -(b)Vi.t 30 А„Д(.Д.21;,..у; .

35flp|i-()-tc,fV2toK)«.

п (), , l tfifJ

где а - средний диаметр межкусковых кана40 лов заполнителя, м;

/i - козффициент динамической вязкости твердеющего раствора. Па;

р- объемный вес раствора, t - время прохождения процесса, с; 45 TO - начальный модуль сдвига раствора: Р - гидростатический напор жидкости; X, у - координаты движущегося фронта жидкости в капилляре;

ао - размер зоны структурного течения 50 раствора.

/

7

о/

а

р.Ооо±Г

Л

-

,0

. о- о

. . Р о

о 0-0 -о Ь

р-оо.о

|-о-:,.

гь

о-ЛЧл

о-, о . «о А

п

Фиг.1

Изобретение относится к горной промети и м.б, использовано при разработке полезных ископаемых с закладкойзыработйнного пространства. Цель изобретения - повышение несущей способности искусственного массива за счет улучшения его качества. Для зтого производят подачу твердекэщего раствора и сыпучего материала (СМ) в выработанное пространство. При этом из СМ образуют насыпные конуса, а в зоны, примыкающие к основаниям конусов, подают твердеющий раствор и пропитывают им СМ со скоростью, определяемой из установленной зависимости. Благодаря сохранению определенного соотношения в интенсивности подачи раствора и СМ по- задляют создавать одновременно зоны погружения и пропитки СМ, причем площади наиболее прочных зон погружения превышают площади зон пропитки. 4 ил.слс

/7/7/7: ;. ,.Й

,f//////////////y-

J 44444 44 4 t6 //////77///.

/2

уг.2Фиг. J