PL188770B1 - Sposób wypełniania głębokich szybów, zwłaszcza szybów górniczych - Google Patents

Abstract

1. Sposób wypelniania glebokich szy- bów, zwlaszcza szybów górniczych, mate- rialem utwardzalnym, korzystnie hydrauli- cznie, oraz zawierajacym spoiwo, korzyst- nie cement, kruszywo, dodatek i wode, znamienny tym, ze jako skladnik materialu utwardzalnego stosuje sie kruszywo o wiel- kosci ziarna co najmniej 4 mm i jak najbar- dziej chropowatej powierzchni. PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wypełniania głębokich szybów, zwłaszcza szybów górniczych, materiałem utwardzalnym, korzystnie hydraulicznie, oraz zawierającym spoiwo, korzystnie cement, kruszywo, dodatek i wodę.

Nieczynne szyby, zwłaszcza szyby górnicze, wypełniano wcześniej masami sypkimi. Rozwiązanie to porzucono jednak już od pewnego czasu, ponieważ wsypywany materiał nie dochodził wystarczająco szybko do stanu uspokojonego. Od lat 70 jako tworzywo wypełniające stosowano materiał zbliżony do betonu, mający różną wytrzymałość na ściskanie i różną, jakość według DIN 1040. Ten zbliżony do betonu materiał, zwany poniżej materiałem utwardzalnym, leży u podstaw opisanego na wstępie sposobu.

Ten utwardzalny materiał wytwarza się na powierzchni za pomocą odpowiednich urządzeń. Do tego celu stosuje się najczęściej na miejscu urządzenia półprzewoźne. W zasadzie jednak w grę wchodzi także beton transportowany.

Znany jest sposób, w którym zmieszany do postaci gotowej do użytku, utwardzalny materiał wprowadza się na powierzchni do przewodu rurowego, który kończy się tuż pod lub nad lustrem materiału, znajdującego się już w szybie, i który jest stale wyciągany do góry w miarę podnoszenia się lustra. Napełnianie odbywa się za pomocą przewodu rurowego, czyli rury napełniającej, ponieważ przy dużych głębokościach szybów w czasie swobodnego spadku

188 770 zachodzi rozdzielanie składników utwardzalnego materiału. Pod pojęciem „głębokiego” szybu rozumie się szyb, którego głębokość wynosi co najmniej 30 lub 40 metrów-. Głębokość typowych szybów górniczych wynosi przykładowo 1000 metrów. Jeżeli zwykła masa betonowa, sporządzona z cementu, piasku jako dodatku, grubego żwiru jako kruszywa oraz wody spada swobodnie w dół na odcinku około 30 metrów lub dłuższym, wówczas zachodzi rozdzielenie składników. Grube żwiry, stosowane zazwyczaj jako kruszywo, oddzielają się od masy betonowej i opadają szybciej niż lepiszcze cementowe. Przy uderzaniu o dno szybu względnie o lustro materiału, już znajdującego się w szybie, utwardzalny materiał nie stanowi już mieszaniny, jaka istniała na początku swobodnego spadku.

Przewód rurowy zakłóca swobodny spadek, nawet wówczas, gdy początkowo, przy pierwszym napełnianiu szybu, swobodny spadek jest nieunikniony. Dopiero gdy rura zostanie napełniona utwardzalnym materiałem blisko jej górnego, powierzchniowego końca, osiągnięty jest stan, w którym można regulować prędkość przepływu, podnosząc rurę w mniejszym lub większym stopniu.

Nie tylko wprowadzanie i dostarczanie przewodu rurowego jako takie, lecz również jego obsługa podczas napełniania utwardzalnym materiałem są skomplikowane, a częściowo także trudne do realizacji.

W sposobie znanym ze stanu techniki stosuje się kruszywo o wielkości ziarna poniżej 2 mm. Również dodatek znajduje się poniżej tej wielkości ziarna. Z uwagi na użycie małych ziaren kruszywa rozdzielanie składników mieszaniny nie zachodzi nawet podczas swobodnego spadku w szybie górniczym. Utwardzalny materiał jest wprowadzany do szybu, na przykład za pomocą przenośnika taśmowego, i spada swobodnie w dół bez przewodu rurowego.

Okazało się przy tym jednak, że utwardzalny materiał przywiera do ścian szybu. Przy swobodnym spadku na dużym odcinku nie jest prawdopodobne, by opadający materiał spadał w dół całkowicie swobodnie, nie stykając się ze ścianami szybu. Ponadto istnieje niebezpieczeństwo, że pozostanie on zawieszony na występach, znajdujących się w wielu szybach. Wszystko to sprawia, że na początku napełniania szybu znaczna część wprowadzanego materiału nie dochodzi do dna szybu, lecz pozostaje na jego ścianach. Podczas prób okazało się, że po wprowadzeniu pewnej ilości utwardzalnego materiału, który w zasadzie wystarczyłby do wypełnienia szybu o przykładowej głębokości 30 metrów, na dnie szybu w żadnym wypadku nie stwierdzano takiego poziomu napełnienia. Poziom napełnienia wynosił wówczas kilka metrów, natomiast większość materiału pozostawała na ścianach szybu. Dalsze napełnianie następowało stosunkowo szybko, ponieważ pokryte były już utwardzalnym materiałem.

Kolejną wadę tego sposobu stanowi fakt, że mogą tworzyć się korki, a co za tym idzie, puste przestrzenie. Utwardzalny materiał, pozostający na ścianach szybu, stanowi warstwę wyjściową do przywierania kolejnych porcji materiału, w związku z czym szyb zostaje zamknięty, chociaż poniżej nadal znajduje się pusta przestrzeń. Podczas napełniania należy jednak bezwzględnie unikać powstawania pustych przestrzeni. Mogą się one bowiem napełniać gazem, przykładowo metanem, ponadto później może dojść do uszkodzeń górotworu.

Celem wynalazku jest znalezienie rozwiązania, które wyeliminowałoby wady znanego sposobu, czyli takie udoskonalenie sposobu znanego ze stanu techniki, aby zapobiec powstawaniu korków podczas napełniania szybu utwardzalnym materiałem. Należy ponadto zrezygnować ze stosowania przewodu rurowego, który trzeba w sposób ciągły lub stopniowo podciągać w górę.

Sposób wypełniania głębokich szybów, zwłaszcza szybów górniczych, materiałem utwardzalnym, korzystnie hydraulicznie, oraz zawierającym spoiwo, korzystnie cement, kruszywo, dodatek i wodę, według wynalazku charakteryzuje się tym, że stosuje się kruszywo o wielkości ziarna co najmniej 4 mm i jak najbardziej chropowatej powierzchni.

Korzystnie stosuje się kruszywo o ciężarze właściwym zbliżonym, korzystnie równym, ciężarowi właściwemu materiału gotowego do użytku, bez kruszywa.

Korzystnie stosuje się kruszywo o krzywej rozkładu wielkości ziarna od 0 do 16 mm, korzystnie od 0 do 22 mm.

Korzystnie stosuje się utwardzalny materiał, który przy wypełnianiu zawiera od 20 do 30% wody.

188 770

Korzystnie stosuje się kruszywo, zawierające dużą ilość wewnętrznych porów względnie komór powietrznych.

Korzystnie stosuje się kruszywo kohezyjne.

Korzystnie stosuje się materiał, który w stanie fabrycznym względnie uzdatnionym zawiera składnik drobnoziarnisty, który stanowi dodatek, oraz składnik gruboziarnisty, który stanowi kruszywo, zwłaszcza popiół prażalniczy, miał kamienny.

Korzystnie szyb napełnia się w sposób ciągły tak, że narosty powstałe z materiału utwardzalnego nie ulegają zauważalnemu utwardzeniu przed dojściem do nich lustra materiału utwardzalnego, wprowadzanego do szybu.

Korzystnie jako cement stosuje się cement o niewielkim skurczu, odporności na działanie alkaliów i niewielkim cieple hydratacji, zwłaszcza cement wielkopiecowy.

Korzystnie stosuje się kruszywo, które w co najmniej 20% objętościowych, korzystnie 30, zwłaszcza 40 i korzystnie co najmniej 50% objętościowych ma średnicę ziarna większą niż 10 mm.

Za podstawę wynalazku przyjęta została następująca koncepcja. Stosunkowo gruboziarniste kruszywo sprawia, że narosty powstające przy napełnianiu nie mogą być zbyt grube. Są one raczej zabierane przez spadające na nie ciągle następne porcje materiału. Stosunkowo duże ziarna, których średnica wynosi korzystnie dużo ponad 4 mm, na przykład 16 mm lub 22 mm, stykają się ze ścianami szybu oraz znajdującymi się tam narostami utwardzalnego materiału i zeszlifowują materiał podczas spadania w dół, pociągając go za sobą. Duże ziarna zapobiegają zatem powstawaniu na ścianach znacznych narostów, co z kolei eliminuje powstawanie korków.

Istotna jest przy tym stosunkowo chropowata powierzchnia kruszyw. Kruszywa działają dzięki temu jak środki ścierne, trąc swoją szorstką powierzchnią o ściany szybu i zrywając osadzony na nich, jeszcze nie utwardzony materiał, oraz zabierając go ze sobą w dół szybu. Pozwala to napełniać szyb bez ciągłej kontroli.

Warunkiem, pozwalającym kolejnym partiom materiału na zdejmowanie już powstałych narostów, jest to, by narosty te nie były jeszcze utwardzone. Dlatego też napełnianie musi odbywać się na tyle szybko, by nie mogło zajść utwardzanie. Wynalazek umożliwia w znacznym stopniu ciągłe napełnianie szybu.

W szczególnie korzystnej postaci wykonania stosuje się kruszywo o ciężarze właściwym zbliżonym, korzystnie równym, ciężarowi właściwemu materiału gotowego do użytku, bez kruszywa. Pod pojęciem zbliżonego ciężaru właściwego należy przy tym rozumieć ciężar właściwy, różniący się od ciężaru właściwego materiału gotowego do użytku, bez kruszywa, co najwyżej o jeden. Korzystnie różnica ta wynosi 0,5. Ciężar właściwy materiału bez kruszywa leży zazwyczaj pomiędzy 1 i 2 gramy na centymetr sześcienny.

W pozbawionej powietrza przestrzeni wszystkie ciała spadają jednakowo szybko, obowiązuje wówczas reguła swobodnego spadku v - g*t. Wraz z upływem czasu spadania t prędkość v rośnie liniowo, przy czym współczynnik proporcjonalności stanowi przyspieszenie ziemskie g.

Przy spadku w powietrzu powoduje ona silniejsze lub słabsze hamowanie, co przykładowo powoduje, że krople deszczu, mimo częstokroć bardzo długiego odcinka spadania, mają przy uderzeniu o ziemię znacznie mniejszą prędkość, niż wynikałoby to z reguły swobodnego spadku.

W utwardzalnym materiale według wynalazku wyeliminowano możliwość rozdzielania się kruszywa i masy betonowej. Masa betonowa stanowa przy tym mieszaninę spoiwa w postaci cementu, kruszywa i wody. Rozdzielaniu zapobiega fakt, że kruszywo leży w przybliżeniu w’ tym samym obszarze gęstości właściwej (ciężaru właściwego) co masa betonov/a, czego skutkiem jest to, że kruszywo spada w szybie w przybliżeniu tak samo szybko jak masa betonowa, w związku z czym pomiędzy tymi obydwoma składnikami nie występuje różnica prędkości, co przeciwdziała lozdzielaniu składników.

Ponieważ kruszywo ma ponadto w miarę możliwości chropowatą powierzchnię, masa betonowa nie może się odrywać od kruszywa, co również przeciwdziała rozdzielaniu składników.

Oba wyżej wymienione środki są ze sobą powiązane. Im bardziej chropowata jest powierzchnia kruszywa, tym większe mogą być różnice w ciężarach właściwych. Im gładsza

188 770 natomiast powierzchnia kruszywa, tym ciężar właściwy kruszywa musi być bardziej zbliżony do ciężaru właściwego masy betonowej.

Ciężar właściwy kruszywa można regulować za pomocą odpowiednich środków, na przykład poprzez wytwarzanie porów lub użycie innych sposobów do utworzenia wewnętrznych pustek. Jeżeli jest mowa o ciężarze właściwym kruszywa, wówczas pod pojęciem tym nie należy rozumieć uśrednionej wartości dla dużej ilości kruszywa, lecz dla każdego pojedynczego ziarenka musi być spełniony warunek, aby jego konkretny ciężar właściwy leżał jak najbliżej ciężaru właściwego masy betonowej. W ten sposób dla każdego ziarna spełniony jest warunek, że spada ono w dół w zasadzie z taką samą prędkościąjak masa betonowa, otaczająca ziarno co najmniej częściowo, korzystnie zaś w całości.

Wreszcie rozdzielaniu składników podczas swobodnego spadku można również zapobiegać w ten sposób, że stosuje się kruszywo o jak najdrobniejszym ziarnie. Im mniejsze jest ziarno kruszywa, tym lepsza jest kohezja masy betonowej. Drobnoziarniste kruszywo ma jednak tę wadę, że jest zazwyczaj drogie. Drobnoziarniste kruszywo wymaga większej ilości cementu niż kruszywo gruboziarniste. Dlatego też dąży się do tego, by nie stosować kruszywa 0 zbyt małym ziarnie, co powoduje obniżenie ceny utwardzalnego materiału, przygotowywanego na powierzchni.

W sposobie według wynalazku można korzystnie przetwarzać kruszywa o wielkości ziarna do 16 mm. Można jednak również stosować kruszywa o średnicy ziaren do 22 mm i większych, zwłaszcza wówczas, gdy ciężar właściwy leży jak najbliżej ciężaru właściwego masy betonowej.

Jako kruszywo stosuje się zwłaszcza materiały kohezyjne. Kruszywo można wytwarzać z tworzyw naturalnych i/lub przemysłowych (aż do granicznej wartości LAGA Z2). Te wielkości ziarna wykazują zazwyczaj krzywą rozkładu od 0 do 16 mm. Można przy tym sterować krzywymi rozkładu ziarna, stosując na przykład większą ilość materiału gruboziarnistego lub większą ilość materiału drobnoziarnistego.

Szczególnie korzystne okazało się zastosowanie następujących kruszyw: miał kamienny, piasek z Oese (wapień z obszaru rzeki Oese), piasek z Renu, piasek typu „Remex”, granulat, pozostałości z mas formierskich, popiół prażalniczy, piasek hutniczy, odpady z przeróbki węgla, stare masy formierskie, odpady z przemysłu hutniczego, odpady z przetwórstwa żelaza i stali oraz z zakładów chemicznych.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony na rysunku, którego pojedyncza figura przedstawia w przekroju głęboki szyb, wypełniany sposobem według wynalazku.

Sposób według wynalazku umożliwia szybkie wypełnienie głębokiego szybu 20. Ponieważ nie należy obawiać się powstawania korków, ponadto nie ma już potrzeby wprowadzania masy wypełniającej z jednoczesnym powolnym wyciąganiem służącego do wypełniania przewodu rurowego, szyb 20 można praktycznie wypełniać tak szybko, jak szybko sporządzany jest na powierzchni, w mieszalniku 22, utwardzalny materiał, podawany stamtąd do otworu szybowego 24. Pozwala to na stosunkowo szybkie wypełnianie nawet bardzo głębokich szybów, na przykład w ciągu jednego dnia, co nie było możliwe przy użyciu dotychczasowych rozwiązań.

Półprzewoźny mieszalnik 22 znajduje się na powierzchni obok otworu szybowego 24. Za pomocą przenośnika taśmowego 26 zmieszany do postaci gotowej do użytku, utwardzalny hydraulicznie materiał podaje się do otworu szybowego 24, gdzie spada on w dół w postaci bryłek 28. Może przy tym dojść do powstania narostów na ścianie szybu. Są one jednak na bieżąco odrywane przez dalsze partie spadającego materiału. Wprowadzanie utwardzalnego materiału odbywa się na tyle szybko, że narosty 30 nie mogą ulec utwardzeniu.

Szyb 20 jest na rysunku wypełniony w niewielkiej części materiałem, którego poziom wypełnienia jest wyznaczony przez lustro 32.

Szyb 20 jest na rysunku zaznaczony jedynie schematycznie. Uwidocznione jest tutaj poprzeczne piętro 34, zamurowane z lewej strony murem 36, zaś z lewej strony otwarte. W lewej części przestrzeń z prawej strony muru 36 jest praktycznie całkowicie wypełniona utwardzalnym materiałem, utworzył się również narost z osadzonego materiału. W prawej części piętra 34 utworzył się, mający w ukazanym przekroju kształt zbliżony do trójkąta, element betonowy, z którego prawej strony piętro 34 jest puste.

188 770

Poniżej przedstawiony jest przykładowy skład mieszaniny utwardzalnego materiału według wynalazku:

1270 kg mieszanki miału kamiennego

120 kg cementu wielkopiecowego CEM III/B 32,5-NW/HS/NA (bardzo odporny na skurcz, odporny na działanie alkaliów, cechujący się niewielkim ciepłem hydratacji) 230 litrów wody (w odniesieniu do 0% wilgotności własnej wyżej wymienionych materiałów').

Korzystne okazało się 10%o zwiększenie ilości wody, ponieważ poprawia ona podatność materiału na przeróbkę.

Mieszanka miału kamiennego w ilości 1270 kg składa się z 50% wagowych popiołu prażalniczego o wielkości ziarna od 0 do 16 mm oraz 50% wagowych miału kamiennego o wielkości 10 ziarna od 0 do 2 mm. Pod pojęciem miału kamiennego rozumie się drobnoziarniste pozostałości z przeróbki materiałów budowlanych, zwłaszcza przeróbki gruzu budowlanego bez składników humusowych (bez ziemi).

Korzystnie co najmniej 20% objętościowych mieszanki miału kamiennego, zwłaszcza 30, korzystnie 40, zwłaszcza 50% objętościowych, stanowią ziarna o wielkości powyżej 10 mm.

Utwardzalny materiał utwardza się hydraulicznie do wytrzymałości na ściskanie większej lub równej 2 MN/m² (dla uproszczenia oznaczone B2).

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (10)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wypełniania głębokich szybów, zwłaszcza szybów górniczych, materiałem utwardzalnym, korzystnie hydraulicznie, oraz zawierającym spoiwo, korzystnie cement, kruszywo, dodatek i wodę, znamienny tym, że jako składnik materiału utwardzalnego stosuje się kruszywo o wielkości ziarna co najmniej 4 mm i jak najbardziej chropowatej powierzchni.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się kruszywo o ciężarze właściwym zbliżonym, korzystnie równym, ciężarowi właściwemu materiału gotowego do użytku, bez kruszywa.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się kruszywo o krzywej rozkładu wielkości ziarna od 0 do 16 mm, korzystnie od 0 do 22 mm.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się materiał utwardzalny, który przy wypełnianiu zawiera od 20 do 30% wody.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się kruszywo, zawierające dużą ilość wewnętrznych porów względnie komór powietrznych.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się kruszywo kohezyjne.
7. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się materiał utwardzalny, który w stanie fabrycznym względnie uzdatnionym zawiera składnik drobnoziarnisty, który stanowi dodatek, oraz składnik gruboziarnisty, który stanowi kruszywo, zwłaszcza popiół prażalniczy, miał kamienny.
8. 8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że szyb (20) napełnia się materiałem utwardzalnym w sposób ciągły tak, że powstałe wcześniej narosty (30) nie ulegają zauważalnemu utwardzeniu przed dojściem do nich lustra (32) materiału utwardzalnego, wprowadzanego do szybu.
9. 9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako cement stosuje się cement o niewielkim skurczu, odporności na działanie alkaliów i niewielkim cieple hydratacji, zwłaszcza cement wielkopiecowy.
10. 10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się kruszywo, które w co najmniej 20% objętościowych, korzystnie 30, zwłaszcza 40 i korzystnie co najmniej 50% objętościowych ma średnicę ziarna większą niż 10 mm.