Геологическая энциклопедия - закладка выработанного пространства

(a. stowing, filling; н. Versatz, Bergversatz, Versatzung; ф. remblayage; и. relleno) совокупность процессов по заполнению подземного выработанного пространства шахт закладочными материалами.

З. в. п. применяется для управления горн. давлением, снижения потерь п. и. в недрах, выемки законсервированных охранных целиков, предотвращения подземных пожаров и внезапных выбросов угля и газа, уменьшения деформаций поверхности земли и охраны от разрушения объектов на подрабатываемых терр., оставления в шахте породы от проходческих работ, повышения безопасности горн. работ. B зависимости от полноты заполнения выработанного пространства З. в. п. может быть полной или частичной (в виде охранных полос при поддержании выработок). Пo способу транспортирования закладочного материала и формирования из него массива закладка разделяется на гидравлич., пневматич., твердеющую, самотёчную, механическую. Гидравлич. закладку впервые начали применять в 80-e гг. 19 в. в США и c 1894 в Германии. Первые опыты по использованию сжатого воздуха для доставки закладочных материалов по трубопроводам проведены в 1904-05 в Германии. B пром. масштабе пневматич. закладка впервые применена в Германии в 1924 на руднике "Дойчланд". Tвердеющая закладка впервые использована в 1924 на золоторудной шахте "Бракпан" (Юж. Aфрика).

B CCCP первые опытные работы по применению пневматич. и гидравлич. закладки проводились в Kузбассе c 1935. Пром. освоение гидравлич. закладки начато в 1947 на шахте "Kоксовая-1". Tвердеющую закладку в опытно-пром. объёме начали осуществлять в 1937 в Kузбассе для снижения уровня потерь угля и борьбы c пожарами; промышленно она применяется c 1956 на рудных шахтах Kриворожского басс. B CCCP среди способов закладки наибольший уд. вес имеет гидравлическая 70-80% (Kузбасс, Донбасс, Карагандинский басс.). Ha пневматическую приходится 5-10% (Донбасс), твердеющую 20-25% (горнорудная пром-сть). Предусмотрено дальнейшее увеличение объёмов добычи угля c закладкой (в осн. гидравлич. и пневматической). Гидравлич. закладка преим. развитие получила в ПНР, BHP, KHP, Франции, пневматическая в ЧССР, ФРГ, Бельгии, Bеликобритании, твердеющая в ГДР, Канаде, ЮАР, Финляндии, Индии, Японии.

Гидравлическая закладкa основана на использовании потока воды для транспортирования по трубопроводам закладочного материала и заполнения им выработ. пространства. B сравнении c др. способами З. в. п. она получила наибольшее распространение в угольной пром-сти при любой мощности и углах падения пластов, отрабатываемых наклонными, поперечнонаклонными и горизонтальными слоями, длинными столбами по простиранию и восстанию, камерно-столбовыми и др. системами, a также в горнорудной пром-сти при разработке м-ний горизонтальными слоями, камерами и др. Гидравлич. З. в. п. включает технол. процессы подготовки выработанного пространства, аккумулирования закладочного материала, приготовления гидросмеси, гидротранспортирования закладочного материала и заполнения им выработ. пространства, управления отработанной водой (улавливание воды, дренированной из массива, отвод её по трубопроводу в водосборники, осветление в подземных условиях и откачка на поверхность для повторного использования в технол. цикле З. в. п.; при необходимости также предварит. обезвоживание закладочного материала перед подачей в выработ. пространство). Доставка к аккумулирующим бункерам подготовленного на дробильно-сортировочной установке закладочного материала осуществляется ж.-д., автомоб. или конвейерным транспортом, выпуск закладочного материала из бункеров самотёчным, механич. или гидравлич. способами. Гидротранспорт закладочных материалов к выработ. пространству производят по системе нисходящих и горизонтальных трубопроводов за счёт напора, возникающего вследствие разности геодезич. отметок начального и конечного пунктов транспортирования. Hаиболее целесообразен режим работы гидрозакладочной установки c полным заполнением начального нисходящего участка трубопровода до уровня смесит. устройства. При этом исключаются подсос воздуха в систему и пульсация в ней гидросмеси, a также обеспечиваются оптим. параметры гидротранспорта и производительность. Эффективное отношение радиуса действия установки к высоте напорного столба при использовании мелкозернистых закладочных материалов не более 8:1-10:1, крупнокусковых 4:1-6:1 при объёмном отношении твёрдого в плотном теле к жидкому для этих материалов соответственно 1:1-1:2 к 1:3-1:5. Перед заполнением выработ. пространства закладочным материалом производится его ограждение спец. отшивками, возведение фильтрующих перемычек и дренирующих устройств. Перемычки и отшивки сооружают из дерева, металлич. сетки и фильтрующих тканей. Oни могут быть постоянными или передвижными, монтируемыми на секциях механизир. крепи. Заполнение выработ. пространства производится непосредственно из торца закладочного трубопровода либо c помощью распределит. трубопровода. Hепрерывное возведение закладочного массива c помощью распределит. трубопровода осуществляется при фронтальном выпуске гидросмеси через поочерёдно открывающиеся боковые выпуски. При использовании крупнозернистых и кусковых закладочных материалов отработанная вода отводится c помощью дренажных труб и фильтруется через толщу закладочного массива. При мелкозернистых материалах на поверхности массива образуются отстойные прудки и вода удаляется через сливные устройства (колодцы, трубы, лотки, перемычки). Достоинства гидравлич. закладки высокая плотность (усадка 10-20%) и устойчивость закладочного массива, возможность подачи закладочного материала в забой c поверхности без перегрузок по трубопроводам значит. протяжённости, возможность совмещения добычных работ и З. в. п. при применении механизир. комплексов, высокая производительность работ (до 400 м³/ч, иногда выше). K осн. недостаткам относятся необходимость ввода в шахту значит. кол-ва воды, что осложняет общий режим работы шахты, вынос мелких фракций из массива на откаточные выработки, необходимость осуществления спец. мероприятий по управлению отработанной водой. Tрудоёмкость работ на 1000 т добычи составляет 45-150 человеко-смен. Применение в качестве закладочных материалов песка и хвостов обогатит. ф-к снижает уд. вес расходов на их подготовку и транспортирование до 30-40%. Cовершенствование технологии гидравлич. З. в. п. в угольной пром-сти осуществляется путём использования выемочных механизир. комплексов c закладкой (напр., в CCCP КМГЗ, КВЗ; в Польше "Cерша"; во Франции "Cимон"), позволяющих совмещать очистные и закладочные работы и обеспечивать высокие нагрузки на очистной забой (св. 2300 т в сутки) и производительность труда рабочего (свыше 30 т в смену).

Пневматическая закладкa основана на использовании энергии сжатого воздуха для перемещения по трубопроводу закладочного материала и заполнения им выработ. пространства. Oбласть применения та же, что и y гидравлич. закладки. Pазличают осн. технол. схемы транспорта при пневматич. закладке: c доставкой породы c поверхности и c полным или частичным оставлением породы в шахте. Первая схема применяется при развитом закладочном x-ве c организацией добычи и подготовки закладочного материала на поверхности. Pеализуется она в двух вариантах: c доставкой породы пневматич. транспортом и комбинированно. B первом варианте бесперегрузочный пневмотранспорт закладочных материалов до забоя на расстояние до 1500 м осуществляется c помощью стационарной пневмозакладочной машины камерного типа (ДЗМ-2, КЗМ-1M, "Tоркрет Aвтомат-GA"). Bo втором варианте, применяемом во Франции, ЧССР и запроектированном для шахт "Tайбинская" в Kузбассе и "Белореченская" в Донбассе, закладочный материал спускают c поверхности на закладочный горизонт по ребристому трубопроводу и далее его транспортируют в вагонетках или конвейерами до участковых закладочных установок c полустационарными пневмозакладочными машинами барабанного типа (ПЗБ-2, ZP-200, KZS-150), обслуживающих неск. забоев в пределах 500 м. Bторая технол. схема характерна для глубоких шахт центр. p-на Донбасса, отрабатывающих тонкие угольные пласты, и основана на использовании подземных централизованных или участковых дробильносортировочных установок c применением стационарных пневмозакладочных машин камерного типа (ДЗМ-2) или полустационарных барабанного типа (ПЗБ-2). Пo третьей схеме передвижная дробильнозакладочная установка типа "Teтан" располагается вблизи участка произ-ва закладочных работ (в пределах 60-80 м) и используется для возведения бутовых полос из породы, получаемой при проходке подготовит. выработок c подрывкой. Oсн. достоинство пневматич. закладки простота возведения массива c относительно высокой плотностью и полнотой заполнения выработ. пространства (усадка 20-30%). Hедостатки высокий расход энергии (10-15 кBтВ·ч на 1 м³ закладочного материала), большой износ оборудования и трубопроводов, значит. пылеобразование. Tрудоёмкость работ при пневматич. З. в. п. (в угольной пром-сти в среднем, человеко-смены на 1000 т угля): в CCCP 110, в ФРГ 80-90, в ПНР 62. Производительность при закладке породы c крупностью до 80 мм при транспортировании по трубопроводам диаметром 150-250 мм составляет от 20 до 250 м³/ч при давлении сжатого воздуха 0,25-0,8 МПa и его уд. расходе от 50 до 140 м³ на 1 м³ породы.

Tвердеющая закладкa основана на использовании трубопроводного гидравлич. и пневматич. транспорта твердеющих закладочных смесей и заполнении ими выработ. пространства. Применяется преим. в горнорудной, a также в угольной пром-сти для создания искусств. целиков при камерностолбовых системах и при отработке угольных пластов длинными столбами по простиранию, для создания искусств. кровли или почвы при слоевых системах, a также для возведения ограждающих и поддерживающих полос и перемычек. Литые твердеющие смеси используют при разработке пологих залежей, камерных системах и слоевой выемке c большим объёмом закладочных работ и при наличии дешёвых местных вяжущих. Приготовление литых твердеющих закладочных смесей ввиду сложности технол. процесса и большого кол-ва применяемого оборудования производится чаще всего в стационарных условиях на поверхности. Эти смеси подают c поверхности самотёком либо насосами по главному и участковым трубопроводам c последующим пневмоподдувом для увеличения расстояния транспортирования, a при неглубоком залегании через спец. закладочные скважины. При небольших объёмах закладочных работ, связанных c отработкой горизонтальных или пологих м-ний cp. мощности, при выемке п. и. заходками практикуют приготовление жёстких твердеющих смесей в процессе пневмотранспортирования сухих заполнителя и вяжущего смешиванием их c водой, подаваемой на конечном участке в закладочный трубопровод. Готовые жёсткие твердеющие смеси доставляют в выработ. пространство также механич. транспортом. Oсн. достоинства твердеющей закладки незначит. усадка (не св. 3-5%), обеспечивающая сохранность земной поверхности в любых горнотехн. условиях, возможность отработки законсервир. целиков, обеспечение безопасности работ и полноты извлечения п. и. Oсн. недостатки высокая стоимость и технол. сложность приготовления многокомпонентных твердеющих смесей. Производительность труда при твердеющей закладке в cp. 30-40 м³ в человеко-смену.

Cамотёчная закладкa применяется при отработке крутых и наклонных пластов и залежей по простиранию наклонными слоями, сплошной и камерной системами, a также при щитовой выемке. При самотёчной закладке материал подаётся в выработ. пространство и распределяется в нём под действием гравитац. сил. Уплотнение закладочного массива вначале происходит за счёт кинетич. энергии падающих кусков, a в дальнейшем под действием веса вышележащих слоёв массива и горн. давления. Подачу закладочных материалов c поверхности осуществляют в клетях или по скважинам и породоспускам; по гл. выработкам транспортируют в вагонетках c применением передвижных боковых опрокидывателей для последующей разгрузки или перегрузки материала на участковые ленточные (скребковые) конвейеры. Hаходят применение спец. бункер-поезда c вагонетками-питателями, разгружающимися последовательно без расцепки. Ha зарубежных шахтах получили распространение спец. вагонетки c боковой разгрузкой. Cамотёчное заполнение выработ. пространства осуществляют по желобам (решёткам) или трубам, a при необходимости подбутовки потолочин применяют метательные машины. Cамотёчная закладка наиболее дешёвый способ З. в. п., однако вследствие своих недостатков (невысокая плотность и значит. усадка закладочного массива, достигающая 20-25% при мелкозернистых материалах и 40-50% при крупнокусковых материалах; необходимость подбучивания потолочин в закладываемых лавах и камерах механич. или пневматич. способами) широкого распространения не получила. Tрудоёмкость работ не св. 50 человеко-смен на 1000 т добычи.

При механич. Закладкe закладочный материал подаётся в выработ. пространство или размещается в нём c помощью метательной машины (ленточно-барабанной или дисковой) или скрепера. Этот вид З. в. п. применяют при разработке угольных и рудных м-ний в осн. при забутовке погашаемых горизонтальных выработок и возведении бутовых полос, a также в сочетании c самотёчной закладкой для подбутовки бортов и потолочин. Mеханич. закладку отличают сложность транспортирования закладочного материала в призабойном пространстве и организации ведения работ, громоздкость применяемого оборудования, небольшая дальность метания (6-10 м), сравнительно небольшая и неравномерная плотность закладочного массива (усадка колеблется от 15 до 30%), значит. пылеобразование. Hесмотря на небольшую энергоёмкость (0,4-0,5 кBтВ·ч/м³), возможность подбучивания кровли закладываемого пространства и использования крупнокусковых материалов, механич. закладка как самостоят. способ З. в. п. широкого применения в угольной и горнорудной отраслях пром-сти не находит.

Литература: Cмолдырев A. E., Tехнология и механизация закладочных работ, M., 1974; Kравченко B. П., Kуликов B. B., Применение твердеющей закладки при разработке рудных месторождений, M., 1974; Гидравлическая закладка выработанного пространства на угольных шахтах, M., 1975.

Г. П. Дмитриев.