PL62275B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: Opublikowano: 25.111.1971 62275 KI. 5 d, 15/08 MKP E 21 f, 15/08 czytelnia] iTtfrroto Patentowego j Wspóltwórcy wynalazku: Ryszard Adamek, Gerard Horak, Ludwik Ja¬ worski, Zbigniew Klonowski, Jan Kulpinski, Eryk Porabka, Franciszek Rakowski, Henryk Sliwa Wlasciciel patentu: Kopalnia Wegla Kamiennego „Miechowice", Bytom (Polska) Podsadzka hydrauliczna do wypelniania wyrobisk górniczych Przedmiotem wynalazku jest podsadzka hydra¬ uliczna o zmniejszonej scisliwosci, nadajaca sie do wypelniania wyeksploatowanych wyrobisk górni¬ czych, prowadzonych w warunkach skrepowa¬ nych. 5 Znana i stosowana dotychczas podsadzka hydra¬ uliczna sklada sie w kazdym przypadku z materia¬ lu stalego, którym jest piasek wzglednie piasek z niewielka domieszka innych materialów, jak na przyklad skal, zuzli oraz cieczy, która jest woda. 10 Tak wykonana podsadzka jest przy pomocy wody transportowana hydraulicznie rurociagami bezpo¬ srednio do wyeksploatowanego wyrobiska w pod¬ ziemie kopalni. Po sedymentacji tego materialu w podsadzanym wyrobisku, zadaniem jego jest stwo- 15 rzenie mozliwie sztywnej i najmniej podatnej pod¬ pory dla stropu.Dotychczasowe wykonanie podsadzki hydraulicz¬ nej, polegajace w swej istocie zawsze na stosowaniu 20 piasku jako materialu stwarzajacego po wypelnie¬ niu nim wyeksploatowanego wyrobiska, podpore stropu, mialo szereg zasadniczych wad oraz ograni¬ czona mozliwosc stosowania.Nie kazdy piasek nadaje sie jako material do 25 podsadzki hydraulicznej. Stosowane do tego celu moga byc tylko jego niektóre rzadko spotykane uziarnienia oraz sklady petrograficzne, dajace pod¬ sadzke hydrauliczna o wlasnosciach wymaganych w eksploatacji zlóz w warunkach eksploatacji skre- 30 powanej ochrona powierzchni przed deformacjami lub w warunkach posiadajacych podobne ogranicze¬ nia.Z tych tez powodów okreslone zostaly klasy pia¬ sku jako materialu podsadzkowego. Niedostateczne ilosci wlasciwego pod wzgledem uziarnienia oraz skladu petrograficznego piasku, majacego wlasnosci dobrego materialu podsadzkowego, jak równiez nie¬ moznosc przygotowania go do tego celu na przy¬ klad sposobami stosowanymi w mechanicznej prze¬ róbce kopalin uzytecznych stanowi glówne wady piasku jako materialu do podsadzki hydraulicz¬ nej.Przede wszystkim stosowanie takiej podsadzki ograniczalo sie tylko do takich zlóz kopalin, które zalegaly w bezposrednim sasiedztwie duzych zlóz piasku o okreslonym stosunkowo grubym uziar- nieniu.Wyeliminowanie trudnego do otrzymania o od¬ powiednim uziarnieniu piasku, a zarazem kosztow¬ nego materialu z podsadzki hydraulicznej i wpro¬ wadzenie w to imiejisce innych iskajl, np. odpadów proidulkicyjnyoh takich, jak skially plonne, nie bylo mozliwe dotychczas do osiagniecia. Po pierwsze za¬ stosowanie podsadzki zlozonej w prosty sposób wy¬ lacznie ze skal, zwiekszalo by powaznie awaryj¬ nosc instalacji podsadzkowej przez jej zatykanie, a po drugie nie osiagano wlasciwej szczelnosci pod¬ sadzania wyrobisk i wymaganej podpornosci stropu, co moglo spowodowac powazne w skutkach za- 62 2753 grozenia dla prawidlowej i bezpiecznej eksploata¬ cji kopalni.Dotychczasowy brak mozliwosci calkowitego wy¬ eliminowania piasku i wykorzystania w calosci in¬ nych skal do podsadzki, nastreczal w górnictwie wiele dodatkowych trudnosci, (polegajacych glów¬ nie na tym, ze w bezposrednim sasiedztwie kopaln rosly olbrzymie ich haldy, które oprócz zajmowa¬ nia duzych obszarów szpeca krajobraz i palac sie zatruwaja atmosfere okolicznych miejscowosci.Celem wynalazku jest usuniecie dotychczasowych wad i niedomagan podsadzki zawierajacej piasek oraz usuniecie trudnosci zwiazanych z praktycznym odpowiadajacym warunkom i wymaganiom górni¬ czym stosowaniu podsadzki przy calkowitym wyeli¬ minowaniu drogiego piasku.Cel ten zgodnie z niniejszym wynalazkiem udalo sie osiagnac dzieki zastosowaniu odpowiedniego uziarnienia skal, jak równiez ilosciowego i jakos¬ ciowego komponentów materialu podsadzkowego, w sklad którego wchodza skaly np. bedace odpada- imi (produkcyjnymi przy wydobyciu wegla kamien¬ nego.Zgodnie z wynalazkiem, podsadzka jest miesza¬ nina skladajaca sie z piaskowców, w ilosciach wa¬ gowych 10 do 40% z lupków, mulkowców lub in¬ nych skal plonnych, w ilosciach wagowych 90% do 60% oraz z wody w ilosci objetosciowej 130% wolnych przestrzeni miedzyziarnowych, utworzo¬ nych przez ziarna wymienionych materialów. Ilosc wody przekraczajaca o 30% objetosc przestrzeni miedzyziamowych okazala sie najkorzystniejsza zapewniajaca z jednej strony bezawaryjnosc pracy instalacji podsadzkowej, a z drugiej uzyskanie naj¬ lepszych efektów w gospodarce wodnej.Aby osiagnac cel wynalazku, zastosowane skaly musza posiadac uziarnienie umozliwiajace otrzy¬ manie podsadzki sedymentujacej w osrodku wod¬ nym i tworzenie sie jak najmniejszych przestrzeni miedzyziamowych.Wolne przestrzenie miedzyziarnowe w podsadzce hydraulicznej do tej pory stosowanej sa zalezne od uziarnienia podsadzki i wynosza od 53% do 35%.W celu doboru optymalnego uziarnienia materia¬ lu podsadzkowego przeprowadzono badania zarów¬ no teoretyczne,- jak i eksperymentalne, a miano¬ wicie: podsadzka skladajaca sie jedynie z jednej jakiejs wielkosci ziarn, bedzie posiadala stosunkowo najwieksza objetosc przestrzeni miedzyziamowych, tzn. podsadzka tego rodzaju bedzie posiadala sto¬ sunkowo najwieksza scisliwosc przy danym cisnie¬ niu., Scisliwosc bowiem podsadzki polega na zmniej¬ szeniu jej objetosci pod wplywem cisnienia kosztem zmniejszenia przestrzeni miedzyziamowych jej szkieletu kamiennego.W celu dobrania uziarnienia materialu podsadz¬ kowego, z którego podsadzka bedzie posiadala mi¬ nimalna scisliwosc, nalezy dazyc do zmniejszenia przestrzeni ziarnowych do minimum.Dobór uziarnienia polegal na wyznaczeniu frak¬ cji ziarnowych w waskich przedzialach takich, aby w przestrzenie miedzyziarnowe ziarn najwiekszych, miescily sie ziarna nastepnej frakcji ziarnowej, a wytworzone w tym szkielecie wolne przestrzenie 2 275 4 ziarnowe wchodzila nastepna frakcja ziarnowa itd.Dla okreslenia frakcji ziarnowych oraz ich pro¬ centowego udzialu w materiale podsadzkowym prze- 5 prowadzono obliczenia teoretyczne, które staly sie podstawa do dalszych badan o charakterze ekspe¬ rymentalnym, dotyczacym minimalizacji scisliwosci podsadzki.Dla przykladu podac mozna jedno obliczenie dla 10 szkieletu kamiennego podsadzki normalnego pro¬ stokatnego, w którym material podsadzkowy skla¬ da sie z ziarn kulistych o jednakowej wielkosci D1? które ukladaja sie szeregami prostokatnie, przy czyni srodki ziarn znajduja sie w wierzcholkach 15 szescianu.Obliczyc mozna, ze w takiej podsadce objetosc procentowa pustek miedzyziarnowych wyniesie 10 Di'~ ~ j = 100 ^ 48% Di* Jezeli ziarna uloza sie w szkielecie podsadzki piramidalnie o podstawie kwadratowej lub trójkat¬ nej wtedy objetosc procentowa w niej pustek mie¬ dzyziamowych wyniesie: — Przy piramidzie o podstawie trójkatnej, której bok stanowi n — ziarn, a dlugosc jego wynosi DA • n, ilosc ziarn w piramidzie bedzie 30 n (n +1) 35 gdy n - + oo to n* k c^ — 6 40 — Objetosc ziarn w szkielecie piramidalnym pod¬ sadzki wyniesie: n3 • D3 = 0,087 n8 D3 6 6 45 — Objetosc natomiast podsadzki przy ukladzie ziarn w szkielet piramidalny wyniesie: 0,118 n8 D8 = V 50 stad objetosc procentowa pustek miedzyziarnowych w szkielecie kamiennym podsadzki o ukladzie pira¬ midalnym o podstawie prostokatnej wyniesie: 0,118 n3 D3 — 0,087 n3 D3 Uklady ziarn w szkielecie kamiennym podsadzki beda posiadaly stadia wypadkowe miedzy poda- 60 nymi, a mianowicie najmniej korzystnym normal¬ nym prostokatnym (j = 48%) a piramidalnym trójkatnym (j = 26%).Dla zredukowania tak wielkich objetosci wolnych przestrzeni miedzyziarnowych w podsadzce, (które 65 w praktyce przy sedymentacji w wodzie materialu62 275 sa jeszcze wieksze 53% — 35%), obliczono wielkosc ziarn frakcji drobniejszej, a mianowicie: — Jezeli w podsadzke z ziarn o wymiarze Dx chcemy wprowadzic w wolnej przestrzeni miedzy- ziarnowe ziarna w wymiarze D2, których wielkosc jest jak najwieksza, to mozna obliczyc, ze wielkosc D2 wyniesie: D2 = 0,732 Dx a objetosc przestrzeni miedzyziarnowych w szkie¬ lecie normalnym prostokatnym zredukowana zo¬ stanie z j = 48% do Ji = 270/0.Przy ukladzie piramidalnym kwadratowym obje¬ tosc przestrzeni miedzyziarnowych zredukowana, zostanie z j = 26% do Ji = 18%.Wielkosc ziarn frakcji wchodzacej w przestrzenie miedzyziarnowe frakcji najgrubszej zalezy od wiel¬ kosci jej ziarn.Postepujac dalej w ten sposób mozemy obliczyc wielkosci ziarn celowo dobranych w materiale pod¬ sadzkowym frakcji.Ta metoda okreslono wymiary ziarn podstawo¬ wych frakcji w materiale podsadzkowym na dro¬ dze teoretycznej, a sprawdzono i skorygowano na drodze eksperymentalnej.Sklad ziarnowy materialu podsadzkowego podany w opisie przy ukladaniu sie materialu w warun¬ kach naturalnych podsadzanego hydraulicznie wy¬ robiska daje podsadzke o objetosci wolnych prze¬ strzeni w przedziale: 10 15 20 35 32 — 37% to znaczy korzystniejsza podsadzke i o mniejszej 40 scisliwosci niz dotychczas stosowane.Zgodnie z wynalazkiem warunek ten zostanie spelniony, gdy 40% skal ma ziarna o wielkosci 30 do 50 mm, do 20% od 10 do 30 mm, do 30% od 10 do 5 mm i do 10% od 5 do 2mm. 45 Wymagana natomiast wytrzymalosc na zgniatanie skal plonnych stanowiacych jego skladniki, zostala eksperymentalnie ustalona jako optymalna. Wiado¬ mo bowiem, ze scisliwosc podsadzki jest zalezna od wlasnosci wytrzymalosciowych poszczególnych 50 komponentów i z tego powodu podano ich wielkosc wytrzymalosci na zgniatanie ociosowe.Jak wykazaly przeprowadzone próby i doswiad¬ czenia, dla otrzymania optymalnych warunków sci¬ sliwosci podsadzki piaskowce powinny posiadac 55 wytrzymalosc na zgniatanie jednoosiowe nie mniej¬ sza niz 400 kG/cm2, a lupki, mulkowce lub inne skaly plonne' nie mniejsza niz 300 kG/cm2.Dla stworzenia odpowiednich warunków hydro- transportu takiego materialu podsadzkowego w ru- 60 rociagach, jak równiez dla zapewnienia odpowied¬ nich warunków, w gospodarce wodnomulowej ko¬ palni, okazalo sie, ze konieczne jest, aby poszcze¬ gólne jego skladniki mialy rozmywalnosc w wodzie w okreslonymprzedziale. 65 Zgodnie z przeprowadzonymi doswiadczeniami, piaskowce powinny miec rozmywalnosc najkorzyst¬ niej w granicach od 0,5 do 5% wagowych, a lupki i mulkowce od 7 do 12%, przy czym laczna rozmy¬ walnosc w wodzie takiego materialu podsadzkowe¬ go powinna miescic sie w granicach od 5 do 15% wagowych.Podsadzka hydrauliczna wedlug wynalazku moze byc wykonywana i stosowana przy wykorzystaniu dotychczasowych urzadzen. Na przyklad material transportowany jest z kruszarni do zbiornika pod¬ sadzkowego, a nastepnie w sposób ciagly podawany na ruchome sito zmywcze, gdzie polaczony z woda tworzy mieszanine podsadzkowa, która rurociagiem przesyla sie do podsadzanych przestrzeni.Zastosowany wedlug wynalazku stosunek objeto¬ sciowy wody do wolnych przestrzeni miedzyziar¬ nowych pozwala na uzyskanie maksymalnej wydaj¬ nosci instalacji podsadzki hydraulicznej oraz na szczelne podsadzanie wyrobisk.W celu szybkiego odprowadzenia wody z mie¬ szaniny podsadzkowej, wyeskploatowana i podsa¬ dzana przestrzen wyrobiska odgradza sie w znany sposób odpowiednio wytrzymala tkanina lub siatka o dowolnym splocie, o oczkach w ilosci nie mniej¬ szej niz 2000/m2.Dzieki zastosowaniu opisanej podsadzki hydra¬ ulicznej, mozna praktycznie caly wydobywany ka¬ mien lokowac w sposób skuteczny w wyrobiskach górniczych, uzyskujac przez to sztywniejsze lub co najmniej takie samo podparcie stropu, jak przy za¬ stosowaniu najwyzszej jakosci piasku kwarcowego^ co nalezy do jednych z podstawowych cech i zalet niniejszego wynalazku pozwalajacych z jednej stro¬ ny na wyeliminowanie trudnego do uzyskania i drogiego piasku, a z drugiej strony na wyelimino¬ wanie hald.Ta ostatnia zaleta ma równiez szereg dodatnich aspektów spolecznych, jak pofcrawa warunków we¬ getacji i zdrowotnosci, ograniczenie dlugotrwalej dewastacji terenów zielonych przez odgrywki pias¬ kowe i wyeliminowania wysokich kosztów ich re¬ kultywacji. PL PL

Claims (2)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Podsadzka hydrauliczna do wypelniania wyro¬ bisk górniczych, znamienna tym, ze stanowi ja mieszanina skladajaca sie z piaskowców w ilosci 10 do 40% wagowych oraz z lupków, rmulkowców lub innych skal plonnych w ilosci 90 do 60% wa¬ gowych tej mieszaniny, które sa uprzednio rozdrob¬ nione i zawieraja 40% ziarn o wielkosci 30 do 50 mm, 20% od 10 do 30 mm, 30% od 10 do 5 mm i 10% ziarn o wielkosci od 5 do 2 mm oraz z wo¬ dy w ilosci nie" mniejszych od 125 do 135% obje¬ tosci wolnych przestrzeni miedzyziarnowych szkie¬ letu podsadzki utworzonej przez ziarna dwóch wy¬ mienionych podstawowych skladników, przy czym stosuje sie piaskowce o wytrzymalosci na zgniata¬ nie jednoosiowe wynoszace co najmniej 400 kG/cm2, a lupki i mulkowce co najmniej 300 kG/cm2.

2. Podsadzka wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze stosuje sie piaskowce o rozmywalnosci w wodzie najkorzystniej w granicach od 0,5 do 5%, a lupki i mulkowce w granicach od 7 do 12%. PL PL