Спосіб формування закладного масиву пневматичними закладними машинами

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при подземной разработке пластовых месторождений с закладкой выработанного пространства пневматическими закладочными машинами. Известен способ формирования закладочного массива в выработанном пространстве энергией струи сжатого воздуха, заключающийся в том, что узкую полосу выработанного пространства шириной 1,5-2,0 м отделяют от рабочего пространства лавы герметичными перегородками. Посредине закладываемой полосы вдоль лавы прокладывают пневмозакладочный трубопровод, конец которого располагают на расстоянии 3,0-5,0 м от торца закладываемого массива. По мере формирования закладочного массива в полосе став труб укорачивают [1]. Недостатками известного способа являются недостаточная скорость возведения закладочного массива, обусловленная малым шагом закладки, составляющим 3,0-5,0 м, и низкий коэффициент заполнения выработанного пространства, не превышающий 0,6-0,65. Прототипом предложенного способа является способ доставки закладочного материала и формирования закладочного массива пневматической закладочной машиной с использованием энергии струи сжатого воздуха, включающий ограждение и герметизацию закладочной полосы, подачу закладочного материала по трубопроводу струёй сжатого воздуха [2]. Недостатками способа, принятого за прототип, являются повышенное давление в зоне формирования закладочного массива вследствие подачи значительного объема сжатого воздуха в замкнутое герметичное пространство закладочной полосы и возникновения обратного потока воздушной струи, оказывающего тормозящее действие на движение закладочного материала с уменьшением шага заполнения закладочной полосы и скорости формирования закладочного массива и приводящего к выносу пыли на свежую вентиляционную струю. В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать способ формирования закладочного массива пневматическими закладочными машинами путем уменьшения подачи объема сжатого воздуха в замкнутое герметичное пространство закладочной полосы, способствующе го снижению давления в зоне формирования закладочного массива и предотвращению торможения закладочного материала обратным потоком воздушной струи, что увеличивает шаг заполнения закладочной полосы и скорость возведения закладочного массива и снижает запыленность в забое. Поставленная задача решается тем, что в способе формирования закладочного массива пневматическими закладочными машинами, включающем ограждение и герметизацию закладочной полосы, подачу закладочного материала по трубопроводу стр уёй сжатого воздуха, согласно изобретению, в зоне формирования закладочного массива производят отсос воздуха по дополнительному тр убопроводу в объеме отраженной воздушной струи. Новые операции и их последовательность в совокупности с известными обеспечивают увеличение шага заполнения закладочной полосы и скорости возведения закладочного массива за счет предотвращения торможения движению закладочного материала отраженной воздушной струёй, а также снижение запыленности в забое. На фиг. 1 представлена схема формирования закладочного массива закладочной машиной с использованием струи сжатого воздуха; на фиг. 2 - схема эпюр скоростей воздушного потока в зоне формирования закладочного массива без отсоса воздуха отраженной воздушной струи; на фиг. 3 - то же, поперечное сечение А-А; на фиг. 4 дан график зависимости изменения скоростей воздушного потока и закладочного материала от дальности транспортирования по трубопроводу для определения их начальных скоростей вылета в зоне формирования закладочного массива (кривые В и М - соответственно воздушного потока и закладочного материала); на фиг. 5 - график зависимостей изменения скоростей воздушного потока и закладочного материала от шага заполнения закладочной полосы в зоне формирования закладочного массива (кривые Вп и Мп - соответственно воздушного потока и закладочного материала по способу, принятому за прототип, Ви и Ми - соответственно воздушного потока и закладочного материала по предложенному спообу). Способ состоит из следующей последовательности операций. Закладочный материал доставляют к забою по транспортному трубопроводу 1 и подают струёй сжатого воздуха и выработанное пространство по закладочному трубопроводу 2. Предварительно выработанное пространство ограждают от рабочего пространства лавы герметичными перегородками 3, образуя закладочную полосу. По мере формирования закладочного массива в закладочной полосе, секции закладочного трубопровода 2 отсоединяют и перемещают с секциями крепи 4 на новую закладочную полосу, где монтируют дополнительный закладочный трубопровод 5 новой полосы Секции дополнительного закладочного трубопровода 5 герметично соединяют между собой. Одновременно осуществляют герметизацию рабочего пространства лавы перегородками 3. В процессе закладки по закладочному трубопроводу 2 вентилятором 6 через пылеотделитель 7 по дополнительному закладочному трубопроводу 5 осуществляют отсос отраженного воздушного потока с соблюдением равенства расхода поступающего сжатого воздуха в зону формирования закладочного массива и отраженного воздушного потока, что в зоне формирования закладочного массива создает разряжение. При этом отсасываемый воздух перемещают по дополнительному закладочному трубопроводу 5, очищают его от пыли и направляют на штрек с исходящей вентиляционной струёй вентилятором 6 (фиг. 1). В дальнейшем цикл работ повторяется до полной закладки закладочной полосы. Теоретическими и экспериментальными исследованиями установлено, что в процессе пневмотранспортирования с увеличением дальности транспортирования наблюдается рост скорости частиц закладочного материала и воздушного потока с опережающим ростом скорости воздушного потока в трубопроводе к моменту вылета струи из тр убопровода в 3-8 раз. Скорость закладочного материала к моменту вылета из трубопровода растет менее интенсивно и достигает значений 40-50 м/с (фиг. 4). Воздушная струя вылетает из дополнительного за кладочного трубопровода 5 относительно небольшого сечения и попадает в выработанное пространство, имеющее значительно большее сечение, с высокой скоростью. При этом скорость воздушной струи резко падает и на расстоянии 6-10 м по длине выработанного пространства уравновешивается скоростью возникающего обратного потока отраженного от закладочного массива (фиг. 5 кривая Вп). Закладочный материал выносится струёй сжатого воздуха в выработанное пространство с начальной скоростью, полученной в процессе разгона и транспортирования по транспортному трубопроводу 1, дости гающей на вылете из трубопровода значений 40-50 м/с. В дальнейшем полет закладочного материала осуществляется за счет сил инерции при действии сил сопротивления воздуха и струи воздушного потока (фиг. 5. кривая Мп). Для процесса формирования закладочного массива существенным является взаимодействие, воздушной струи и закладочного материала в зоне формирования закладочного массива. Поскольку в начальный период скорость воздушной струи выше скорости закладочного материала, происходит его разгон воздушной стр уёй до момента равенства скоростей воздуха и материала. На фиг. 5 видно, что расстояние разгона составляет 0,5-0,7 м, а прирост скорости материала - 0,8-1,0 м/с (кривые Вп и Мп). В дальнейшем скорость воздушной струи становится ниже скорости закладочного материала и материал движется по инерции, преодолевая силу сопротивления воздуха в движущейся воздушной струе. Поскольку полет закладочного материала происходит в движущейся воздушной струе, причем скорость материала выше скорости воздушной струи при любом шаге заполнения (на любом расстоянии по длине выработанного пространства), то, следовательно, чем меньше разница скоростей воздушной струи и материала, тем больше дальность полета закладочного материала. Создаваемое разряжение в зоне формирования закладочного массива при соблюдении равенства расходов откачиваемого воздуха и отраженного воздушного потока позволяет увеличить и поддержать на постоянном уровне скорость воздушной струи в зоне формирования закладочного массива (фиг. 5, кривая Ви). Таким образом, разряжение в зоне формирования массива, обеспечивает сохранение скорости закладочного материала путем уменьшения разницы, скоростей воздушной струи и материала, что позволяет увеличить шаг заполнения полосы. Это является существенным отличием предлагаемого способа от способа, принятого за прототип. В связи с тем, что истечение струи сжатого воздуха происходит в замкнутое выработанное пространство, возникает обратный поток воздушной струи, отраженной от откоса закладочного материала. Исходя из закона сохранения расхода, расход воздуха прямого потока равен расходу воздуха обратного потока Qп=Qо (фиг. 2) Тогда: UпSп = UоSo или Uпp R2 = Uo (p R2 - p r2 ). отсюда Uo = pR2 ( pR2 - p r 2 ) Uп = 1 Uп . r 1- ( )2 R Найдем соотношение скоростей, принимая площадь сечения обратного потока, равной 1/3 от общей площади сечения закладочной полосы условно принятой за 1 (фиг. 3): 1 Получим Uo = Uп = 18Uп . , 2 1- ( )2 3 Следовательно, скорость обратного потока больше скорости прямого потока. Даже равенство r = R не обеспечит исключение обратного потока, поскольку существует дополнительная площадь Sg . Количественную оценку скорости воздушного потока, отраженного от закладочного массива, позволяет провести приближенный расчет. Так при шаге закладки 10 м объем заполняемого выработанного пространства составляет 10 м х 2 м = 20 м 3. Средняя производительность пневматических закладочных машин 120 м 3/ч или 2м 3/мин. Средний расход воздуха, поступающего в выработанное пространство в процессе закладки, составляет 2 м 3/мин х 100 м 3/мин = 200м 3/мин. Площадь сечения выработанного пространства при средней ширине закладочной полосы 2 м и мощности пласта 1 м равна 2 м 2. Следовательно, скорость обратного потока составляет около 1,6 м/с. С учетом уменьшения объема заполняемого выработанного пространства в процессе закладки среднюю скорость обратного потока можно считать в пределах 1,6-2,6 м/с. Создаваемое разряжение в зоне формирования закладочного массива при соблюдении равенства расходов откачиваемого воздуха и отраженного воздушного потока, т.е. снижение давления в зоне формирования массива гарантирует исключение возникновения обратного потока и тем самым исключает тормозящее воздействием на закладочный материал, что увеличивает дальность его вылета, и обеспечивает возможность использования дополнительных секций закладочного трубопровода в процессе формирования закладочного массива. В процессе закладки секции дополнительного закладочного трубопровода 5 по мере заполнения закладочной полосы отсоединяют и перемещают во вновь образованное выработанное пространство, где производят монтаж закладочного трубопровода новой полосы. В известных способах формирования закладочного массива до полного заполнения закладочной полосы отсоединенные секции трубопровода не используют. В предлагаемом способе отсоединенные дополнительные секции закладочного трубопровода герметично соединяют между собой и используют в качестве дополнительного закладочного трубопровода 5 для отсоса воздуха в зоне формирования закладочного массива. Технический результат - увеличение шага заполнения закладочной полосы и скорости возведения = закладочного массива и снижения запыленности в забое обеспечивается с использованием оборудования, изготавливаемого на современных предприятиях.