автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Разработка способа возведения гидолзакладочного массива с осветлением воды в выработанном пространстве

- й МлР а'*

Министерство топлива и энергетики Российской Федерации Российская академия наук Институт горного дела им. А. А.С ¡сочинского

На правах рукописи

Шалва Кучуиаевич БЕГАДЗЕ

УДК 622.373.217.2;622.516

РАЗРАБОТКА СПОСОБА ВОЗВЕДЕНИЯ ГИДРОЗАКЛАДОЧНОГО МАССИВА С ОСВЕТЛЕНИЕМ ВОДЫ В ВЫРАБОТАННОМ ПРОСТРАНСТВЕ

Специальность: 05.15.02 - "Подземная разработка месторождений полезных ископаемых"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1995

Работ? выполнена в Институте горного дела им. А.А.Скочинского.

Научный руководитель -

докт.техи.наук Ф.Ф.Шаламберндзе.

Официальные оппоненты:

академик ИА РФ проф., докт.техи.наук А.С.Малкин,

проф., канд-техн.иаук ИЛ.Машковцев.

Ведущее предприятие - ДонНИИ. -

Автореферат разослан / .* С/аС'_1995 р.

Защита диссертации состоится У-чХ^* 1995 г. в ч

на заседании специализированного Совета К. 1Э5.05.03 Института горного дела им. ЛЛ.Скочииского.

С диссертацией можно ознакомиться в секретариате ученого совета института.

Отзывы в двух экземплярах просим направлять по адресу: 140004, г. Люберцы Московской обл., ИГД им. А.А.Скочинского.

Ученый секретарь специализированного совета проф., докт.техи.наук

И.Г.Ищук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Гидравлическая закладка как способ управления горным давлением имеет вековую историю. Впервые она была применена на одной из шахт США в 1886 г.

Гидрозакладка нашла применение в Кузбассе, Караганде, Донбассе и Ткибули.

Преимуществом гидравлической; закладки являются: высокая плотность возводимых закладочных массивов, обеспечивающая их минимальную усадку; дальность транспортировки закладочного материала; высокая производительность закладочных работ и др.

Наряду с достоинствами гидравлический способ закладки имеет существенный недостаток, который заключается в том, что 1 выработанное пространство поступает большое количество вода, способствующей выносу мелких частиц закладочного материала. Количество выносимых частиц на отдельных шахтах ¡остнгает 10-12%. Это вызывает заиливание горных выработок, участковых отстойников и общешахтного водосборника, гатенсивный износ насосов.

Отсутствие эффективных способов очистки и отвода отра-ютанной воды стало препятствием для широкого внедрения ндравлической закладки на отечественных шахтах. Поэтому юшение вопросов технологии возведения закладочного массива с сданными фильтрационными свойствами, очистки отработанной юды в выработанном пространстве и отвода осветленной воды для ювторного использования является актуальной научной задачей.

Цель работы - разработка способа возведения гидрозакла-[очного массива с осветлением воды в выработанном пространст-

Идея работы - повышение эффективности возведения за-ладочного массива гидравлическим способом за счет оставления (елких частиц закладочного материала в выработанном прост-анстве и отвода осветленной отработанной воды в замкнутом (икле для повторного использования.

Задачи исследований:

установить количество мелких фракций закладочного материала, выносимых отработанной водой при возведении закладочного массива;

определить параметры процессов осветления отработанной воды и се фильтрации через закладочный массив;

разработать способ возведения закладочного массива, обеспечивающий полную очистку отработанной воды в выработаннок пространстве путем естественного отстоя;

обосновать параметры отстойника и илосборннка с учетт объема отработанной воды и количества осаждаемого шлама. Методы исследований.

При решении поставленных задач использован комплем методов, включающий научное обобщение проведенных исследований н производственного опыта, стендовые м шахтные испытания, метод математической статистики, технико-экономический анализ.

Основные положения, защищаемые и диссертации: технология возведения закладочного массива с осветление* отработанной воды в выработанном пространстве;

зависимость коэффициента фильтрации закладочной массива от содержания мелких фракций;

зависимость степени очистки отработанной воды от вре менн отстоя;

метод расчета параметров илосборннка и отстойника. Научная новизна работы заключается в следующем: обоснована возможность очистки отработанной воды в вы работанном пространстве;

установлена зависимость степени осветления отработанно! воды от времени как при естественном, так и при искусственно! (с применением коагулянта ПАА) отстое;

установлена зависимость коэффициента фильтрации от со держания частиц крупностью меньше 1 мм в закладочном ма тернале. Критическое значение коэффициента фильтрации KKf при котором происходит поверхностное течение потока над закла дочным массивом, зафиксировано при закладочном материале содержанием частиц крупностью меньше 1 мм более 12% и ее ставляет 3,6 м/час*г

установлена зависимость фильтрационного расхода отрабс тайной воды от площади фильтрации и коэффициента фильтра цни закладочного массива. Максимальный фильтрационный рас

код установлен вначале отработки выемочного участка при первоначальном коэффициенте фильтрации. После каждого цикла закладки коэффициент фильтрации закладочного массива сиижа? ется, в связи с образованием кальматизированного слоя в массиве гс после 20 циклов закладочный массив становится почти водонепроницаемым;

обоснована возможность сооружения нлосборника и отстойника в выработанном пространстве, и разработана методика расчета их параметров с учетом количества осевшего шлама и объема отработанной воды.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулнропанных в диссертационной работе, подтверждается экспериментальными данными, полученными а результате лабораторных и шахтных исследований, достаточностью их объема, обеспечивающего надежность на 65-86% при относительной погрешности не более 12%, удовлетворительной сходимостью экспериментальных и теоретических исследований с погрешностью не более 15%.

Практическая ценность работы заключается о разработке способа возведения гидрозакладочного массива с осветлением отработанной воды в выработанном пространстве и методики расчета параметров илосборника, отстойника и водоотводного канала.

Реализация результатов работы.

Разработанный способ возведения гидрозакладочного массива с осветлением воды в выработанном пространстве использован ДонНИИ при разработке технического задания на комплекс МВЗК (механизированный выемочно-закладочнын комплекс) цля выемки тонких крутых пластов лавами по простиранию.

Апробация работы.

Результаты проведенных исследований и основные положения работы докладывались на научном семинаре отделения ИГД им. А.А.Скочииского (г. Люберцы), на ученом Совете Дон-НИИ (г. Горловка), на техническом совете ПО Трузуголь" (г.Ткибули).

Публикация. По результатам выполненных исследований опубликовано 3 печатные работы, имеется положительное решение на патент по заявке №5017812/03 от 16.09.91 г.

Объем и структура. Диссертация состоит из введения, пяти глав и основных выводов, изложенных на 135 страницах машинописного текста, содержит 31 рисунок, 16 таблиц, список использованной литературы из 59 наименований и 2 приложения.

Автор выражает признательность руководителю -докт.техн.наук Ф.Ф.Шаламберидзе, проф., докт.техн.наук М.И.Вескову, коллективу лаборатории комплексного использования минеральных ресурсов и закладки ИГД им. А.А.Скочинско-го за оказанную помощь при выполнении диссертационной работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В главе I рассматривается состояние вопроса, определяются методы и формулируются задачи исследований. Большой вклад в развитие гидравлической закладки в бывшем СССР внесли ученые: А.С.Кузьмич, Р.А.Бирюков, В.В.Добровольский, М.И.Вес-ков, ГЛ.Нурок, Б.М.Воробьев, С.Д.Сонин, Ф.Ф.Шаламберидзе, И.И.Дуденко, Э.И.Гайко, К.А.Ардашев, А.Г.Джваршейшвнли и другие.

По проблемам гидравлической закладки исследования проводились в ИГД им. А.А.Скочинского, ВНИМИ, НПО "Углеме-ханиэация", ДонНИИ, КузНИУИ, КНИУИ и др. институтах.

Анализ результатов проведенных исследований показал, что накоплен большой опыт по гидравлической закладке в зарубежных странах и в бывшем СССР. Несмотря на это еще не решены задачи обезвоживания закладочной гидросмеси, очистки отработанной воды и ее отвода для повторного использования.

Для решения данной задачи наметились три направления: применение специальных ограждающих перемычек с отшивкой фильтрующими сетками разных размеров;

использование перфорированных дренажных трубопроводов с целью отделения воды от закладочного материала;

предварительное обезвоживание закладочной гидросмеси перед подачей в выработанное пространство.

Однако вышеназванные способы обезвоживания гидросмесей не эффективны. Прй обезвоживании фильтрационными перемычками вынос мелких фракций составляет 10-12% от общего объема закладочного материала. Это вызывает заиливание горных выработок и водосборников, а также интенсивный износ водоотливных установок. Применение перфорированных дренажных трубопроводов повышает стоимость закладочных работ. Вместе с тем не исключается вынос мелких частиц через отверстия дренажного трубопровода.

Третье направление обезвоживания закладочной гидросмеси нашло применение на крутых пласгах. Этот способ ограничен низкой производительностью, степень обезвоживания составляет 40-60%.

При возведении закладочного массива без предварительного обезвоживания отделение воды от закладочного материала происходит в выработанном пространстве при формировании массива намывом, а далее вода поступает на откаточный штрек. Формирование закладочного массива под слоем воды улучшает компрессионные свойства самого массива.

На основе вышеизложенного сформулированы цель и задачи исследований.

Во второй главе приведены результаты экспериментальных исследований в лабораторных условиях на стенде гидрозакладочного комплекса. Была разработана технологическая модель гидравлической закладки выработанного пространства. На модели исследовались состояние массива после обнажения, процесс отстаивания отработанной воды в илосборнике и отстойнике при естественном и искусственном отстоях, процесс фильтрации отработанной воды через закладочный массив, вынос мелких частиц отработанной водой через фильтрационный слой и через водоотделители механизированной крепи (ВМК).

На рис. 1 показана технологическая схема модели гидрозакладочного комплекса (ГЗК). Масштаб модели был принят 1:10.

Выработанное пространство представляло собой емкость размерами 300x200x60 см. Мощность пласта регулировалась от 0 до 60 см. В качестве почвы пласта служила забетонированная металлическая сетка, а кровлю представляло собой оргстекло, установленное в рамках из металлических уголков №5 размером 100x100 см. Рамки усилены металлическими планками. Моделировался процесс гидрозакладки при разработке тонких крутых пластов лавами по простираниюс применением передвижного ограждения. С целью качественной герметизации со стороны кровли и почвы ограждение снабжено резиновыми уплотнениями. Для отвода остаточной воды из водонасыщенного массива служат водоотделители механизированной крепи (ВМК) с регулируемыми параметрами щелей от 0 до 5 мм.

ВМК вмонтированы в водоотводный короб. В качестве закладочного материала применялась дробленая шахтная порода из шахты "Красный Октябрь", состоящая из глинистых сланцев (56,6%), песчаниковых сланцев (29,4%), песчаников (6%),

Рис. I. Схема модели гидрозакладочного комплекса:

I - бункер, 2 - дозатор, 3 - желоб-смеситель, 4 - цоронха, 5 - пульповод, 6 - выработанное пространство, 7 - водоотделители механизированной крепи, 8 - водоотводной короб, 9 - приемный желоб, 10-10' - водоводы, 11 - резервуар волы, 12 - насос, 13-13'- задвижка, 14-14'-перфорированные трубопроводы, 15 - илосборник, 16 - водовод

известняков (8,0%). Гранулометрический состав закладочного материала 0-10 мм. Дробленая шахтная порода размещалась о бункере. Дозатором сухой закладочный материал подавался на желоб - смеситель, где вода, подаваемая по трубопроводу, смывала его. Образовавшаяся гидросмесь поступала в приемную воронку и далее пульповодом подавалась в выработанное пространство. При этом водоотделители механизированной крепи закрыты. Отработанная вода поступала в илосборник для осветления, после чего выпускалась через водоотводный трубопровод. Для определения количества выносимого шлама набирали пробы: в ило-сборникс, в фильтрационной воде на приемном желобе и в конце водоотводного короба, в который вода поступала через водоотделители механизированной крепи.

Анализ отобранных проб показал, что если о исходном закладочном материале частицы крупностью меньше 1 мм содержатся в количестве 15%, то вынос мелких фракций составляет 18 г/л в нлосборннке, 6 г/л - через водоотделители ВМК и 3,5-4 г/л - через фильтрационный слой.

В илосборнике вода отстаивалась до осветления. Время отстаивания составило 90 мин. Для ускорения процесса осаждения твердых частиц применяли 8%-й коагулирующий раствор из синтетического коагулянта полиакриламида (ПАА). При этом время отстоя сокращалось в среднем в 3,5 раза и составляло 25-30 мин.

При намыве закладочного материала часть отработанной воды дренировалась через закладочный массив.

Объем фильтрующей воды менялся в зависимости от коэффициента фильтрации закладочного массива. Коэффициент фильтрации определяли на приборах Добровольского и Форхгей-мера при разных гранулометрических составах.

На рис. 2 представлены графики зависимости фильтрационного расхода воды через закладочный массив от длины отстойника при различных коэффициентах фильтрации. При отсутствии мелких частиц в закладочном материале коэффициент фильтрации достигал максимального значения и происходил процесс суффозии (график 1), а при содержании частиц крупностью меньше 1 мм 15 и 20 % происходил процесс кальматации. При этом высокая степень кальматации приводила к интенсивному снижению коэффициента фильтрации. Через 1520 циклов коэффициент фильтрации массива приближается к нулю и фильтрационный расход воды становится постоянным (графики 2иЗ).

ЧУ/ч

9 в 7 5

5 »

1

2 1

0 0,5 Г. 0 1,5 2,0 2,5 1,м

Рис. 2. Зависимость фильтрационного расхода воды через закладочный массив от длины отстойника при различных коэффициентах фильтрации

У

!И ✓

У

-V

Для натурных условий расчетным путем бпределяли критическое значение коэффициента фильтрации, при котором может произойти поперхностное течение воды над закладочным массивом и обсспечипаются минимально допустимые потерн на фильтрацию. Оно составляет 3,6 м/час и зафиксировано при содержании мелких фракций п закладочном материале в количестве 12-13%.

При исследовании проводили наблюдения за состоянием закладочного массива после обнажения. Установлено, что закладочный массив сохраняет устойчивое положение в том случае, если в закладочном материале содержится 15% и более частиц крупностью меньше 1 мм.

Отработанная вода, двигаясь в отстойнике открытым потоком, уноент за собой мелкие фракции закладочного материала. Параметры потока определяли по известным формулам и установили, что необходимое условие для обеспечения осаждения взвешенных частиц им ^ 1/кр не соблюдается (1}м - скорость потока при исследовании на модели; 1/кр - критическая скорость). Это подтвердилось наблюдением при проведении исследования на модели ГЗК.

В третьей главе приведены результаты исследований выноса мелких фракции отработанной водой и процесса фильтрации воды через массив при гидрозакладке на шахте "Красный Октябрь" ПО "Орджоннкцдзеуголь", где разрабатывается свита крутых пластов.

Основные исследования проводились на пласте "Толстый". Пласт "Толстый" несамопозгораемын, опасный по внезапным выбросам угля и газа. Газообилыюсть пласта 35,3 м3/т суточной добычи. Пласт нсводоносный. Мощность колеблется от 1,26 до 1,6 м, средняя мощность пласта 1,35 м, угол падения пласта 62°. Боковые породы пласта средней устойчивости. Кровля пласта: непосредственная - глинистый сланец, неяснослонстый с прослойками песчаноглиннстого сланца; основная - песчаноглннистый сланец. Почва пласта: непосредственная - песчанистый сланец.

На шахте применялась сплошная система разработки с потолкоуступным забоем с ручной выемкой угля отбойными молотками и деревянной крепью. Наклонная высота этажа составляла 123 м. Длина лавы 112 м. Количество уступов 9.

Гидрозакладочный комплекс шахты состоит из наземной и подземной частей. В качестве закладочного материала используется шахтная порода и отходы обогатительной фабрики. На шахте

были испытаны несколько технологических схем с предварительным обезвоживанием н без предварительного обезвоживания гидросмеси. Наибольшее распространение получила технология возведения гидрозакладочного массива без предварительного обезвоживания гидросмеси и с отводом поды через фильтрационные перемычки в открытом потоке. При этом вынос мелких фракций составляет 40-60 г/л, а в отдельных случаях 100 г/л. Отвод отработанной воды по откаточному штреку производили по следующей схеме: дренируемая через фильтрационные перемычки, отработанная вода выходила на откаточный штрек и попадала в отстойник, который сооружался для каждого цикла закладки. Длина такого отстойника составляла —40 м, высота ограждающих перемычек - 1,6 м. Частично очищенная вода от отстойника направлялась по откаточному штреку в стационарный отстойник, который сооружался в погашаемой части штрека между промежуточными квершлагами. С целью исключения попадания воды в квершлаг у входа в него сооружались перемычки высотой 0,6 м. Длина стационарного отстойника ограничивалась расстоянием между квершлагами и составляла ~370 м. После очистки в стационарном отстойнике отработанна я вода направлялась в общешахтный водосборник.

Исследования показали, что в участковом отстойнике оседало 40% твердых частиц от общего объема выносимого шлама. В связи с этим стационарный отстойник постепенно заиливался и по мере передвижения забоя его длина увеличивалась до следующего промежуточного квершлага и т.д. После очистки в стационарном отстойнике отработанная вода направляется в общешахтный водосборник, где происходит осветление воды, и далее откачивается на поверхность. Общешахтный водосборник на горизонте 790 м состоит из двух отделений: восточный и западный. Восточный водосборник емкостью 1550 м3 имеет длину 170 м, а западный водосборник емкостью 2200 м3 - 215 м. Водосборники работают в непрерывном режиме.

Когда d одном водосборнике осуществляют осветление -второй очищают от осевшего шлама и наоборот. Шлам с помощью гидроэлеватора подают в погашаемые выработки.

Анализ отобранных проб показал, что концентрация твердых частиц п отработанной воде составляет: под лавой 46 г/л, на расстоянии 40 м ог лавы 43 г/л, на расстоянии 200 м от лавы 39,5 г/л, у входа в общешахтный водосборник 39,0 г/л. Концентрация твердых частиц от лавы до общешахтного водосборника

снижается на 7 г/л. Это объясняется тем, что отработанная вода движется с большими скоростями в открытом потоке, т.е. скорость потока превосходит критическую скорость, обеспечивающую оседание твердых примесей. Поэтому ~85% выносимых частиц попадает в общешахтный водосборник и заиливает его.

Отработанная вода с горизонтов 790 и 670 м перекачивается в водосборник на гор. 440 м с помощью насосов ЦНС-300 и ЦНС-600 и далее на поверхность.

При работе с гидрозакладкой концентрация твердых частиц в отработанной воде, выдаваемой на поверхность, составляет до 40 г/л. Насосы выходят из строя через 1,5-2 месяца, а без гидрозакладки их срок службы увеличивается и достигает 5-6 месяцев.

В 4-й главе описан способ возведения гидрозакладочного массива с осветлением отработанной воды в выработанном пространстве, разработанный на основе результатов проведенных исследований. Предлагаемый способ возведения гидрозакладочного массива, который предусматривает полную очистку отработанной воды от твердых частиц, возможно осуществить как при сплошной, так и при столбовой системах разработки, но при прямом ходе отработки выемочных полей. Если отработка пласта производится обратным ходом от границы шахтного поля к центру, то применение предлагаемой технологии становится невозможным. Это вызвано тем, что из-за обратного уклона горных выработок отработанную воду невозможно переправить самотеком в илосборник, который должен сооружаться в выработанном пространстве до начала очистных работ. Верхняя часть выработанного пространства, илосборник и погашаемая часть вентиляционного штрека не будут заполняться отработанной водой и заиливаться.

Предлагаемое техническое решение исключает ручные работы по сооружению участковых отстойников, значительно сокращает вынос мелких фракций, снижает себестоимость и повышает эффек гивность закладочных работ. В начале отработки выемочного поля отработанная вода отстаивается в илосборни^е. Илосборник представляет собой камеру, ограниченную массивом угля, горизонтальной перемычкой со стороны откаточного штрека и вертикальной перемычкой со стороны очистного забоя. Главная функция илосборника - очистка отработанной воды от твердых частиц - осуществляется путем аккумуляции и отстоя воды, для этого его емкость должна быть рассчитана на ожидаемый объем воды (¿и за один цикл закладки плюс объем шлама К^. за каждый

цикл, умноженный на количество циклов до сооружения отстойника.

Для отвода осветленной воды в илосборнике устанавливается перфорированный дренажный трубопровод, который соединяется с водоотводным трубопроводом, снабженным задвижкой для регулирования скорости истечения воды и режима отстоя. Диаметр трубопровода составляет 200-300 мм, а диаметр отверстий - 8-10 мм.

После заиливания илосборника его функцию выполняет отстойник. Отстойник сооружается в верхней части выработанного пространства от илосборника до границ выемочного или шахтного поля. Для сооружения отстойника выработанное пространство заполняется закладочным материалом не на полную длину лавы и остается незаложенное пространство высотой В. Угол наклона отстойника соответствует уклону штрека и равняется 3-5%. Необходимым условием функционирования отстойника является наличие закладочного массива с минимальным коэффициентом фильтрации надежного ограждения закладываемого пространства при прямом ходе отработки выемочных полей от центра к границам шахтного поля.

Принцип работы отстойника заключается в следующем. После передвижения механизированной крепи образуется закладываемое пространство, размер которого зависит от шага закладки и длины лавы. Это пространство может быть в виде камеры, размерами, равными шагу закладки и длине лавы (при закладочном массиве, сохраняющем устойчивость после передвижения крепи), или в виде "воронки" в верхней части выработанного пространства (при подвижном закладочном массиве, т.е. когда закладочный массив не сохраняет устойчивость после обнажения). Гидросмесь подается в закладываемое пространство без предварительного обезвоживания. Избыточная вода размещается по всей длине отстойника над закладочным массивом. После выдержки времени Т, необходимого для осветления отработанной воды, открываются водоотделители механизированной крепи ВМК и задвижка - осветленная вода отводится по водоводу для повторного использования.

Новая технология возведения гндрозакладочного массива с осветлением отработанной воды в выработанном пространстве потребовала разработки методики определения параметров отстойника н илосборника. В илосборнике аккумулируется отработанна я вода, которая подается в выработанное пространство за

один цикл закладки. Высота столба воды Нв создает гидростатическое давление Р на горизонтальную перемычку, определяемое по формуле: Р =рНа, где р - удельный вес отработанной воды.

Для условий крутых и наклонных пластов значение Нв довольно высокое и давление может достигать 100 кПа. Это создает опасность прорыва воды через горизонтальные перемычки. Исследованиями Ф.Ф.Шаламберидзе установлено, что в формировании давления закладочного массива на ограждение принимает участие не весь столб закладочного массива, а его активная часть Лд и дальнейшее увеличение столба закладочного массива не влияет на давление.

Используя данную закономерность, можно определить высоту Лабарьерной зоны, создаваемой в нижней части илосборника, при которой возникает максимальный боковой распор для удержания вышележащего столба отработанной воды. При этом общее давление на перемычку ограничивается давлением закладочного массива барьерной зоны. Расчет давления на горизонтальную перемычку при создании барьерной зоны и без нее показал, что при наличии барьерной зоны давление снижается более чем в 5 раз.

Для определения объема илосборника предлагается формула

Унл^Оц+пУ^ + Уе, (1)

где Q¡i - объем воды, обеспечивающий транспортировку закладочного материала за I цикл закладки, м3; - объем шлама (твердых частиц), оседающего в илосборнике за 1 цикл закладки, м ; п - количество циклов по закладке выработанного пространства до сооружения отстойника; Vц - объем барьерной части илосборника, создаваемый для снижения давления на горизонтальную перемычку, м3.

Если принял» отношение твердого к жидкому, равным 1:3, то объем необходимой воды за один цикл составит

0Ч=ЗК„, (2)

где Уп - объем подаваемой породы за один цикл, м3.

Объем твердых частиц, выносимых отработанной водой из закладочного массива, составляет 7-12% объема закладочного материала, поданного в выработанное пространство при традиционной технологии. При предлагаемой технологии в илосборник

поступает 20-25% частиц крупностью <1 мм, остальные успевают осаждаться. Для расчета можно принять

Ущл = 0,012 Vn. (3)

Для определения количества циклов по закладке выработанного пространства до сооружения отстойника необходимо знать длину отстойника, которая определяется из выражения

Qu + Ушл **orne о ~ » аотс тг

где Вотс - высота отстойника, м; - первоначальная толщина закладочного массива, м. Количество циклов по закладке составит

(5)

'ш

где 1Ш - шаг закладки, м.

Ширина илосборника В^ определяется из условия поддержания выработки н в зависимости от свойств боковых пород принимается равной 3-5 м. .

Объем барьерной части илосборника определяется из выражения

У б = т2 ha, (6)

где В цд - ширина илосборника, м; мощность пласта за вычетом конвергенции боковых пород до закладки, м; На - активная высота барьерной зоны, и.

Подставив в формулу (1) значения Q4, V^, п и Vg из формул (2), (3), (4), (5) и (б) и после соответствующих преобразований, получим окончательную формулу для расчета объема илосборника, которая имеет вид:

0,012 , Ku=3V„+B т ? +3mlB^ígd,

■ аотс т21ш

тс 9- угол сползания закладочного массива, который определя-'ется по формуле

<р - угол внутреннего трения.

Объем породы за один цикл закладки определяется по формуле

Уп = /ш Аа т2 , где Ь3 - длина закладываемой части лавы, м.

^з ~ — Вотс ,

где - длина лавы, м.

Разработаны технологические схемы отвода отработанной воды от выработанного пространства в закрытом потоке по трубам и водоотводным каналам. Определены параметры водоотводных каналов.

В пятой главе приведен технико-экономический анализ применения новой технологии возведения гидрозакладочного массива. Общий экономический эффект образуется как разность суммарных затрат при новор и при существующей технологии возведения гидрозакладочного массива.

Расчет производится для условий шахты "Красный Октябрь" при добыче угля с гидравлической закладкой А *■ бОООООт/г и объеме закладки около 400000 м3/год.

Суммарные затраты при традиционной технологии складываются из стоимости:

очистки откаточных выработок и водосборника, доставки шлама на поверхность, закладочных материалов, насосов.

сооружения и поддержания участковых отстойников. Суммарные затраты при новой технологии складываются из стоимости сооружения илосборника и отстойника, стоимости насосов, срок службы которых увеличивается от 1,5-2 месяцевдо 6 месяцев, стоимости водоотводного канала.

Общий экономический эффект по шахте при новой технологии возведения гидрозакладочного массива и комплексной механизации очистных работ составит 191024 руб/г. Удельный экономический эффект на тонну добычи угля составит 0,3 руб/т (в ценах 1990 г.).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является законченной научно-исследовательской работой, в которой решена актуальная научная задача, заключающаяся в разработке способов возведения гидрозакладочного массива с заданными параметрами, очистки отработанной

воды в выработанном пространстве и отвода осветленной воды для повторного использования по замкнутому циклу.

Основные научные и практические результаты исследовании заключаются в следующем:

1. Установлено, что фильтрационные свойства закладочного массива зависят от содержания мелких фракций. Критический коэффициент фильтрации, при котором происходит поверхностное течение над закладочным массивом, составляет 3,6 м/ч при расходе воды 500 м3/ч и содержании частиц крупностью меньше 1 мм в закладочном массиве 13-15%. При этом фильтрационный расход воды, поступающей на откаточный штрек, составляет 200250 м3/ч. Коэффициент фильтрации закладочного массива, возведенного из пород шахты "Красный Октябрь", составляет 4,5 м/ч, при содержании частиц крупностью меньше 1 мм 12%.

2. Установлена зависимость степени очистки отработанной воды во времени при использовании шахтных пород в качестве закладочного материала. Время полной очистки отработанной воды от твердых частиц при естественном отстое составляет 90 мин. При использовании 8%-ного коагулирующего раствора ПАА время очистки воды от твердых частиц составляет 30 мин, т.е. время отстоя сокращается в 3 раза.

3. Установлена зависимость гидравлической крупности от размеров мелких фракций закладочного материала из шахтных пород и отходов Енакиевского коксохимического завода. При диаметре частиц (I - 0,1 мм гидравлическая крупность шахтных пород составляет 1,1 мм/с, а пород коксохимического завода-1,9 мм/с. Расчетное время отстоя в нлосборнике и отстойнике составляет 2,7 часа. Время отстоя воды в общешахтном отстойнике составляет 1,5 часа при глубине 1,5 м.

4. Разработан инженерный метод расчета оптимальных параметров нлосбориика и отстойника.

5. Разработанный способ возведения гидрозакладочного массива с осветлением воды в выработанном пространстве использован институтом ДонНИИ в ТЗ на комплекс МВЗК для выемки тонких крутых пластов лавами по простиранию.

Разработанные технико-технологические решения позволяют повысить эффективность выемки тонких крутых пластов. Расчетный экономический эффект от применения предложенного способа возведения закладочного массива составит 191024 руб/г., а удельный экономический эффект на тонну добычи угля составит 0,3 руб/т (в цепах 1990 г.).

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Бе сад je Ш.К Очистка отработанной воды от твердых частиц при гидрозакладке: Науч. сообщ. / Ин-тгорн. дела им. ЛЛ.Скочинского, вып. 297. - М., 1994.

2. Бегадзе Ш.К Фильтрация отработанной воды через закладочный массив при гидроаа кладке: Науч. сообщ. / Ин-т горн, дала им. ЛЛ.Скочинского, вып. 297. -М., 1994.

3. Табидзе A.C., Бегадзе Ш.К. Технология' возведение закладочного массива гидравлическим способом на крутых пластах // Экономика угольной промышленности. Вып. 5 / ЦНИЭИуголь. • М., 1994.

4. Патент России (положительное решение от 13.04.93 г. о выдаче патента по заявке №5017812/03 от 16.09.91 г.). Способ возведения гидрозакладочного массива. Шаламберидзе Ф.Ф., Бегадзе Ш.К.

Подписано в печать 13.02.95 г. 100 экз. 1,0уч.-издл. Изд. N910045 Тип. ж.

Институт горного дела им. ЛЛ.Скочинского: 140004, г. Люберцы Моск. обл. Типография: 140004, г. Люберцы Моск. обл.