RU2044892C1

RU2044892C1 - Method for filling underground workings with self-cementing metallurgical wastes and device for its realization

Info

Publication number: RU2044892C1
Application number: RU92003678A
Authority: RU
Inventors: А.Е. Смолдырев
Priority date: 1992-11-15
Filing date: 1992-11-15
Publication date: 1995-09-27

Abstract

FIELD: mining industry. SUBSTANCE: method for filling underground workings with self-cementing metallurgical wastes includes transportation and stowing operations with components of filling material, dry mixing of filler and binder components in course of dry grinding, accumulation of mixture in continuous feeding hopper in the amount equalling the hourly capacity of filling complex and pneumatic transportation of mixture with additional blowing of compressed air in points of joints of pipes of different diameters. In so doing, combined grinding of filler and binder components is carried out for 5-7 min, and loading of binder is effected without breaks in filler grinding. Besides, binder is added with water in pneumatic transport pipeline by supplying water into pipeline behind the point of compressed air blowing. Device for realization of the method includes transportation and stowing equipment, mill, feeding hopper with air-tight vessels and pipeline with blowing devices. Each vessel of feeding hopper with ascending unloading is made for the volume equalling the hourly capacity of filling complex. Bottom of each vessel has collector with compressed air nozzles located over axial lines spaces at 1.5-3 D, where D is diameter of delivery branch pipe and at angle of 45-75 deg. to delivery branch pipe. Long pneumatic transport pipeline is made with stepped increase of pipe diameter over its length, with relation between length of section of pipes with large diameter and length of preceding section is determined by mathematic ratio. Besides, pipeline has elbow with two branch pipes. Pipeline is provided at its end with unloader having branch pipe and pump. EFFECT: higher efficiency. 8 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к горному делу и металлургии и может найти применение в технологии добычи полезных ископаемых с закладкой подземных выработок отходами металлургического и смежных отраслей (энергетики, химии и др.) производства. The invention relates to mining and metallurgy and may find application in the technology of mining with the laying of underground workings as waste from the metallurgical and related industries (energy, chemistry, etc.) production.

Известны способ и устройство твердеющей закладки, включающий транспортно-складские операции с компонентами закладочных материалов, совместное их измельчение или классификацию, накопление в емкостях, разгрузку смеси в пневмотранспортный трубопровод и возведение закладочного массива. Определяющими их признаками являются подача заполнителя в виде аэросмеси по трубам с использованием элементов пневмотранспортной техники и введение вяжущего в виде раствора в элементы пневмотрубопровода на расстоянии от выхлопного конца, достаточном для смешения заполнителя и вяжущего [1]
Недостатком способа является шлюзование заполнителя в пневмотрубопровод пневматическими питателями с непрерывным выхлопом запыленного воздуха, введение в закладочную машину или трубопровод вяжущего раствора с последующими промывками системы доставки при любых остановках (ухудшающими качество закладочного массива).A known method and device hardening bookmarks, including transport and storage operations with the components of the filling materials, their joint grinding or classification, accumulation in containers, unloading the mixture into the pneumatic conveying pipeline and the construction of the filling array. Their defining features are filler filing in the form of a mixture through pipes using elements of pneumatic conveying equipment and the introduction of a binder in the form of a solution into the elements of the pneumatic pipeline at a distance from the exhaust end, sufficient to mix the filler and binder [1]
The disadvantage of this method is the locking of the filler into the pneumatic pipe by pneumatic feeders with continuous exhaust of dusty air, the introduction of a binder solution into the filling machine or pipeline, followed by flushing of the delivery system at any stops (worsening the quality of the filling array).

Недостатками устройства являются ограниченный радиус действия закладочного комплекса (примерно 1 км и несколько больше по горизонтали), неприспособленность оборудования для подачи высокоплотных аэросмесей, недостаточная надежность работы доставочной системы из-за повышенной абразивности кусковых и зернистых компонентов смесей. The disadvantages of the device are the limited range of the filling complex (about 1 km and slightly more horizontally), the inadequacy of equipment for supplying high-density air mixtures, the insufficient reliability of the delivery system due to the increased abrasiveness of the lumpy and granular components of the mixtures.

Прототипом способа является способ твердеющей закладки, включающий транспортно-складские операции с компонентами закладочных материалов, причем использование двух технологических линий для приготовления строительного раствора и крупного заполнителя, доставку их с применением сжатого воздуха. Оба доставочных трубопровода соединяют вблизи очистной выработки на расстоянии, достаточном для смешивания компонентов в транспортном трубопроводе [2]
Недостатками данного способа являются: практически невозможно совместить в способе смешение крупного заполнителя и песчано-цементной смеси (раствора) при работе гидро- и пневмотранспортных систем, функционирующих заведомо при различных давлениях, смешение достаточно плотной гидросмеси и аэросмеси с кусковым материалом по предложенной схеме неосуществимо; работа шнекового пневмопитателя на песке не pекомендуется вследствие невозможности достигнуть уплотнения шнека от выбивания сжатого воздуха через загрузочную воронку при характерном интенсивном его абразивном износе песком.The prototype of the method is a method of hardening bookmarks, including transport and storage operations with components of filling materials, the use of two processing lines for the preparation of mortar and coarse aggregate, their delivery using compressed air. Both delivery pipelines are connected close to the treatment workings at a distance sufficient to mix the components in the transport pipeline [2]
The disadvantages of this method are: it is practically impossible to combine the mixing of coarse aggregate and sand-cement mixture (mortar) during the operation of hydro- and pneumatic conveying systems, which function obviously at different pressures, mixing a sufficiently dense hydraulic mixture and air mixture with bulk material according to the proposed scheme is not feasible; the operation of the screw pneumatic feeder in the sand is not recommended due to the inability to achieve compaction of the screw from knocking out compressed air through the loading funnel with its characteristic abrasive wear by sand.

Прототипом устройства является закладочный комплекс с транспортно-складским оборудованием и мельницей, бункер-питатель и трубопровод [3]
Цель изобретения уменьшение затрат энергии, повышение дальности подачи твердеющей смеси по трубопроводам повышенной протяженности и надежности работы оборудования.The prototype of the device is a filling complex with transport and storage equipment and a mill, hopper feeder and pipeline [3]
The purpose of the invention is the reduction of energy costs, increasing the range of supply of the hardening mixture through pipelines of increased length and reliability of the equipment.

Цель достигается тем, что в известном способе твердеющей закладки подземных выработок отходами металлургического производства, включающем проведение в закладочном комплексе транспортно-складских операций с компонентами закладочной смеси заполнителем и вяжущим, затворение последнего водой, пневмотранспортирование в трубопроводе по меньшей мере одного из компонентов, смешивание их и возведение искусственного массива, смешивание компонентов смеси производят в процессе совместного сухого измельчения, аккумулируют смесь в бункере-питателе непрерывного действия в количестве, равном часовой производительности закладочного комплекса, пневмотранспортируют смесь в трубопроводе со ступенчатым изменением диаметра труб по длине, с поддувом сжатого воздуха в место присоединения ступени, а затворение вяжущего осуществляют подачей воды в указанный трубопровод. При этом совместное измельчение компонентов смеси производят в течение 5-7 мин, а загрузку вяжущего ведут без перерыва измельчения заполнителя. Кроме того подачу воды осуществляют перед местом поддува сжатого воздуха. The goal is achieved by the fact that in the known method of hardening the underground workings with waste from metallurgical production, which includes carrying out in the filling complex transport and storage operations with the components of the filling mixture with aggregate and binder, mixing the latter with water, pneumatically transporting at least one of the components in the pipeline, mixing them and the construction of an artificial array, mixing the components of the mixture is carried out in the process of joint dry grinding, accumulate the mixture in the hopper-pi STUDIO continuous in an amount of hourly productivity stowing complex pnevmotransportiruyut mixture in line with a stepped change of diameter of pipe length, with a compressed air blowing in the point of attachment stage, a binder mixing is carried out feeding water into said pipe. In this case, joint grinding of the components of the mixture is carried out for 5-7 minutes, and the binder is loaded without interruption in grinding the aggregate. In addition, the water supply is carried out in front of the place of blowing compressed air.

Кроме того цель достигается тем, что известное устройство для твердеющей закладки подземных выработок отходами металлургического производства, включаю- щее закладочный комплекс с транспортно-складским оборудованием и мельницей, бункер-питатель и трубопровод, снабжено элементом поддува в трубопровод и коллекторами с соплами для сжатого воздуха, при этом бункер-питатель выполнен в виде двух герметичных емкостей с объемом каждой, равным часовой производительности закладочного комплекса, коллекторы с соплами размещены в днище каждой емкости по осевым линиям под углом 45-75^о к выдачному патрубку, а сопла расположены друг от друга на расстоянии (1,5-3)D, где D диаметр выдачного патрубка. При этом трубопровод выполнен со ступенчатым увеличением диаметра труб, а отношение длины участка с трубами большого диаметра l к длине предыдущего участка l_o определено соотношением
l/l_o= (D₂/D₁)⁵-1, где D₁, D₂ соответственно диаметры предыдущего и последующего участков труб, при этом начальный участок трубопровода имеет длину 400-500 м. Кроме того элемент поддува выполнен в виде колена с двумя патрубками, установленного в интервале соединения труб различного диаметра. При этом трубопровод снабжен разгрузителем с патрубком и насосом, присоединенным к последнему участку трубопровода.In addition, the goal is achieved by the fact that the known device for hardening the underground workings with metallurgical waste, including a filling complex with transport and storage equipment and a mill, a hopper-feeder and a pipeline, is equipped with a blowing element into the pipeline and collectors with nozzles for compressed air, the feed hopper is made in the form of two sealed containers with a volume of each equal to the hourly capacity of the filling complex, collectors with nozzles are placed in the bottom of each tank spine on the center lines at an angle ^of 45-75 to the dispensing nozzle, and the nozzles are spaced apart at a distance (1,5-3) D, where D the diameter of the dispensing nozzle. The pipeline is made with a stepwise increase in the diameter of the pipes, and the ratio of the length of the section with pipes of large diameter l to the length of the previous section l _{o is} determined by the ratio
l / l _o = (D ₂ / D ₁ ) ⁵ -1, where D ₁ , D _2, respectively, the diameters of the previous and subsequent pipe sections, while the initial section of the pipeline has a length of 400-500 m. In addition, the blowing element is made in the form of a bend with two nozzles installed in the interval of connection of pipes of various diameters. In this case, the pipeline is equipped with a unloader with a pipe and a pump connected to the last section of the pipeline.

Компоненты закладочных смесей накапливают на складе цемента с расходным бункером, а отходы горно-металлургического производства на траншейном складе с разгрузочной воронкой, конвейером и расходным бункером. Через конвейер и течки компоненты смеси направляют в мельницу, например, шарового типа. Измельченный совместно и перемешанный материал аккумулируют в камерах бункера-питателя, откуда он с помощью сжатого воздуха подается по нисходящему в скважине и горизонтальным участкам пневмотранспортного трубопровода, прокладываемого в подземной выработке. Вдоль трубопровода со ступенями проложены воздухопровод и водопровод. В стыке последней (третьей) ступени вставлена муфта для ввода затворителя и предусмотрен загрузитель с фильтрами и насосом, последний разгружает твердеющую смесь в очистную выработку. Поддув воздуха осуществляют в одно из колен. The components of filling mixtures are accumulated in a cement warehouse with a feed hopper, and mining and metallurgical waste in a trench warehouse with a discharge funnel, conveyor and feed hopper. Through the conveyor and estrus, the components of the mixture are sent to a mill, for example, a ball type. The crushed and mixed material is accumulated in the chambers of the hopper-feeder, from where it is fed with compressed air downstream in the borehole and horizontal sections of the pneumatic conveying pipeline laid in the underground mine. Along the pipeline with steps laid air duct and water supply. At the junction of the last (third) stage, a clutch is inserted for introducing the coffer and a loader with filters and a pump is provided, the latter unloads the hardening mixture into the treatment plant. Air blowing is carried out in one of the knees.

На фиг.1 показана компоновочная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 конструктивная схема бункера-питателя для закладочного комплекса; на фиг.3 схема размещения сопел на днище бункера-питателя; на фиг.4 деталь устройства колена трубопровода для поддува сжатого воздуха. Figure 1 shows the layout of the proposed device; figure 2 is a structural diagram of the hopper-feeder for the filling complex; figure 3 layout of nozzles on the bottom of the hopper-feeder; figure 4 detail of the device of the elbow of the pipeline for blowing compressed air.

Устройство состоит из транспортно-складских элементов 1 и 2 для цемента и элементов 3, 4, 5, 6 для отходов горно-металлургического производства, перепускных устройств 7, мельницы 8, герметичных камер 9 бункера-питателя и пневмотрубопровода 10. Последний имеет ступени труб разного диаметра D<D₁<D₂ в виде ступеней 10, 11 (пневмосеть), 12, 13 (водопровод) и 14. Вдоль пневмотрубопровода проложены воздухопровод (11), трасса (12) и водопровод (13). Последняя ступень начинается муфтой (14) для ввода затворителя. Для поддува сжатого воздуха служит одно из колен транспортного трубопровода. Завершают его разгрузитель 15 с фильтром, шламовым насосом 16 и камерой 17. В свою очередь бункер-питатель с камерами 9 снабжен на течке 7 затвором 18, экраном 19, герметичным затвором 20, патрубками 21, предохранительным клапаном 22, пультом дистанционного управления затворами 23 с гидро- или пневмораспределительной системой 24; последняя управляет также коллектором 25 сжатого воздуха, воздушными соплами 26, задвижками 27 и плотномером 28. Для ввода сжатого воздуха служит колено 29 с броневкладышами, патрубком 30 для сжатого воздуха и патрубком 31 для подключения ступени трубопровода.The device consists of transport and storage elements 1 and 2 for cement and elements 3, 4, 5, 6 for waste from mining and metallurgical production, bypass devices 7, mill 8, pressurized chambers 9 of the feed hopper and pneumatic pipeline 10. The latter has different pipe stages diameters D <D ₁ <D ₂ in the form of steps 10, 11 (pneumatic network), 12, 13 (water supply) and 14. Along the pneumatic pipe, an air pipe (11), a route (12) and a water pipe (13) are laid. The last step begins with a coupling (14) for introducing a coffer. To blow compressed air is one of the elbows of the transport pipeline. It is completed by a unloader 15 with a filter, a slurry pump 16 and a chamber 17. In turn, the hopper-feeder with chambers 9 is equipped with a shutter 18, a screen 19, a tight shutter 20, nozzles 21, a safety valve 22, a remote control shutter 23 hydro or pneumatic distribution system 24; the latter also controls the collector 25 of compressed air, air nozzles 26, valves 27 and the densitometer 28. To enter the compressed air is a bend 29 with armor plates, pipe 30 for compressed air and pipe 31 for connecting the pipeline stage.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Измельченные и перемешанные компоненты закладочных смесей поступают в мельницы 8 в камеры 9 бункера-питателя, включаемые попеременно под загрузку и разгрузку в пневмотранспортный трубопровод. Разгрузку камер осуществляют восходящим потоком с выпуском и пневмотранспортом тонкоизмельченного в режимах плотной фазы. Высококонцентрированный поток, помимо давления сжатого воздуха, получает дополнительный подпор за счет нисходящего участка закладочного трубопровода. Для достижения большей дальности подачи пневмотранспортный трубопровод выполняют со ступенями 10, 12 и 14, причем с этой же целью в трубы вводят дополнительно струю сжатого воздуха поддув в колено 29, а в муфту (14) воду. Кроме того включают ступень насосной подачи. Аэросмесь при скоростях до 6-8 м/с отдает воздух в разгрузителе 15, откуда смесь откачивают насосом 16. The crushed and mixed components of the filling mixtures enter the mills 8 in the chambers 9 of the hopper-feeder, which are switched alternately for loading and unloading into the pneumatic conveying pipeline. The unloading of the chambers is carried out in an upward flow with the release and pneumatic transport of finely ground in dense phase modes. The highly concentrated flow, in addition to the pressure of the compressed air, receives additional backwater due to the downward section of the filling pipeline. To achieve a greater feed range, the pneumatic transport pipeline is performed with steps 10, 12 and 14, and for the same purpose, an additional stream of compressed air is introduced into the pipes by blowing into the elbow 29, and water into the sleeve (14). In addition, a pump feed stage is included. The aerosol mixture at speeds up to 6-8 m / s gives off air in the unloader 15, from where the mixture is pumped out by pump 16.

Использование сухого измельчения и смешение тонкоизмельченного материала в мельнице. По сравнению с мокрым измельчением оно менее энергоемко (на 30-50% меньше затраты энергии). Использование сжатого воздуха в виде рабочего агента также снижает затраты энергии. Подачу воды осуществляют перед местом поддува, что дает эффект турбулизации смеси вводимой струей. Using dry grinding and mixing finely ground material in a mill. Compared to wet grinding, it is less energy intensive (30-50% less energy consumption). Using compressed air as a working agent also reduces energy costs. Water supply is carried out in front of the place of blowing, which gives the effect of turbulization of the mixture by the introduced jet.

В решении устройства значение имеет выбор объема камер бункера-питателя пневмотранспорта. In the solution of the device, the choice of the volume of the chambers of the pneumatic transport bunker is important.

Размещение пневматического бункера-питателя с высотой h₂ порядка 4-6 м над устьем скважины обеспечивает наиболее благоприятные условия использования дополнительного напора в пневмотранспортном трубопроводе, который при h₂= 500 м и весовой концентрации аэросмеси μ=100 может достигать 0,5 МПа, т.е. эквивалента давления в пневмосети рудника.Placing a pneumatic hopper-feeder with a height of h _{2 of the} order of 4-6 m above the wellhead provides the most favorable conditions for using additional pressure in the pneumatic transport pipeline, which at h ₂ = 500 m and a weight concentration of air mixture μ = 100 can reach 0.5 MPa, t .e. pressure equivalent in the mine’s pneumatic network.

Для диаметров труб в пределах 100-250 мм можно найти примерные соотношения их с учетом сортамента горячекатаных (и буровых) труб. Поскольку в нем отношение каждого последующего внутреннего диаметра к предыдущему изменяется в пределах 1,2-1,3, то кратные отношения l/l_o при увеличении концевого участка на один размер составят от 2 до 4, а на два размера 5,5-6. Т.е. при замене каждых 100 м труб на концевых участках можно увеличить дальность заданной подачи материала без повышения давления и расхода воздуха на 200-400 м при повышении диаметра на один размер и на 500-600 м при увеличении его на два размера. При этом скорость должна быть больше критической. Начальный участок следует принимать в пределах 300-500 м.For pipe diameters in the range of 100-250 mm, approximate ratios can be found taking into account the assortment of hot-rolled (and drill) pipes. Since in it the ratio of each subsequent inner diameter to the previous one varies within 1.2-1.3, the multiple l / l _o ratios with an increase in the end section by one size will be from 2 to 4, and by two sizes 5.5-6 . Those. when replacing every 100 m of pipes at the end sections, you can increase the range of a given material supply without increasing pressure and air flow by 200-400 m when increasing the diameter by one size and by 500-600 m when increasing it by two sizes. In this case, the speed should be more than critical. The initial section should be taken within 300-500 m.

П р и м е р. Вариант осуществления закладочного процесса на основе использования цинкового клинкера рудника "Ачисай" ПМК "Ачполиметалл". Производительность комплекса в среднем 60 м³/ч, смесь клинкера крупностью 74 мкм более 70% и цемента приготавливают по схеме. С использованием бункера-питателя с камерами по 65 м³ смесь подают по трубам диаметрами 125, 150, 175 мм, соответственно участками 300, 450 и 550 м на расстояние 1300 м по горизонтали и далее насосом по трубам диаметром 125 мм вверх по вертикали на 20 м и по горизонтали на 150 м. Пневмотранспорт осуществляют в режиме плотной фазы со средними скоростями 4-6 м/с при весовой концентрации 100 и удельном расходе воздуха 15 нм³/м³ смеси. Скорость свободного падения крупных частиц до 0,45 м/с, диаметр аэрируемой камеры 3,0 м; диаметр центрального сопла и разгрузочного патрубка по 125 мм, скорости в начале трассы для аэросмеси около 2,54 м/с, в конце 6 м/c. Диаметры аэрирующих сопел по 80 мм в количестве 8 шт. Для поддува вводят струю воздуха под давлением пневмосети в количестве 5 м³/AB cмеси. Требуемое давление в начале пневмотрубопровода с учетом вертикального столба 0,45 МПа. Объем разгрузителя 8 м³.PRI me R. Embodiment of the filling process based on the use of zinc clinker at the Achisay mine PMK Achpolimetal. The productivity of the complex is on average 60 m ³ / h, a mixture of clinker with a grain size of 74 microns more than 70% and cement are prepared according to the scheme. Using a hopper-feeder with chambers of 65 m ^{3, the} mixture is fed through pipes with diameters of 125, 150, 175 mm, respectively, sections of 300, 450 and 550 m to a distance of 1300 m horizontally and then by pump through pipes with a diameter of 125 mm upward 20 vertical m and horizontally by 150 m. Pneumatic transport is carried out in the dense phase mode with average speeds of 4-6 m / s at a weight concentration of 100 and a specific air flow rate of 15 nm ³ / m ^{3 of the} mixture. The speed of free fall of large particles to 0.45 m / s, the diameter of the aerated chamber is 3.0 m; the diameter of the central nozzle and discharge port is 125 mm each; the velocity at the beginning of the route for the air mixture is about 2.54 m / s; at the end, 6 m / s. Diameters of aerating nozzles of 80 mm in an amount of 8 pcs. For blowing, a stream of air is introduced under the pressure of the pneumatic network in an amount of 5 m ³ / AB mixture. The required pressure at the beginning of the pneumatic pipeline, taking into account the vertical column of 0.45 MPa. Unloader volume 8 m ³ .

Claims

1. The method of hardening the laying of underground workings with metallurgical waste, including carrying out transport and storage operations in the filling complex with the components of the filling mixture with aggregate and binder, mixing the latter with water, pneumatic conveying in the pipeline, mixing them and erecting an artificial array, characterized in that mixing the components of the mixture produced in the process of joint dry grinding, accumulate the mixture in a continuous hopper-feeder in an amount equal to one hour new productivity of the filling complex, pneumatically conveying the mixture in the pipeline with a stepwise change in the diameter of the pipes along the length, with blowing of compressed air to the junction of the pipe steps, and mixing of the binder is carried out by supplying water to the specified pipeline.

2. The method according to claim 1, characterized in that the joint grinding of the components of the mixture is carried out for 5-7 minutes, and the binder is loaded without interruption in grinding the aggregate.

3. The method according to PP.1 and 2, characterized in that the water supply is carried out in front of the place of blowing compressed air.

4. A device for hardening the laying of underground workings with waste from metallurgical production, including a filling complex with transport and storage equipment and a mill, a hopper feeder and a pipeline, characterized in that it is equipped with an element of air blowing into the pipeline and collectors with nozzles for compressed air, the hopper-feeder is made in the form of two sealed containers with dispensing nozzles and with a volume of each equal to the hourly capacity of the filling complex, the collectors with nozzles are placed on days over each tank along the axial lines at an angle of 45-75 ^o to the dispensing nozzle, and the nozzles are located at a distance of (1.5-3) D, where D is the diameter of the dispensing nozzle.

5. The device according to p. 4, characterized in that the pipeline is made with a stepwise increase in the diameter of the pipes, and the ratio of the length l of the section with pipes of large diameter to the length l _{0 of the} previous section is determined by the ratio
l / l ₀ = (D ₂ : D ₁ ) ⁵ 1,
where D ₁ , D _2, respectively, the diameters of the previous and subsequent pipe sections,
while the initial section of the pipeline has a length of 400-500 m

6. The device according to claim 4, characterized in that the elements of the air blow are made in the form of an elbow with two nozzles installed in the interval of connection of pipes of different diameters.

7. The device according to claim 4, characterized in that the pipeline is equipped with a unloader with a pipe and a pump connected to the last section of the pipeline.