книги / Технология подземной разработки калийных месторождений
..pdfМИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО
СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РСФСР
Пермский политехнический институт
ТЕХНОЛОГИЯ ПОДЗЕМНОЙ
РАЗРАБОТКИ КАЛИЙНЫХ
МЕСТОРОЖДЕНИЙ
М ежвузовский сборник научных трудов
Пермь 1988
Изложены результаты научных исследований новых технологичес ких схем очистной выемки и закладки, напряженно-деформированного состояния приконвдшого массива капитальных и подготовительных выработок со слабоустойчивыми слоистыми щювлями, вопросы венти ляции, борьбы с газами и пылью в калийных рудниках СССР.
Сборник цредназначен для цреподавателей, аспирантов и сту дентов вузов, научных и инженерно-технических работников научноисследовательских и проектных организаций и горнодобывающих цредприятий.
Редакционная коллегия: А.Е. КРАСНОШТЕЙН (отв.редактор), Г.Д. ПОЛЯНИНА (отв. за выпуск), Г.И. КРАВЧЕНКО, Н.Ы. ПРОСКУРЯКОВ,
И.И.МЕДВЕДЕВ, К.Г. СИНОПАЛЬНИКОВ, В. Г. ЗИЛЬЕЕРШЩТ
Рецензент: Патокин Л.К.
Пермский политехнический институт, 1988
В.Я. Ковтун, А.А. Барте, О.Я. Голованенко, С.В. Кононенко
КОМШНИРОВАННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ КАРНАДЛИТОВОГО ПЛАСТА В
(Пермский политехнический институт)
Пханою развития калийной отрасли с 1990 г . намечается уве личение объема добычи карнаяянтовой руда ш еста В на р у д я к е СКПРУ-1.
Качественная характеристика пласта В в районе ведения гор них работ (блок 57 - 86) представлена в таблице.
|
Качественная характеристика пласта |
В |
||
Сдой |
Мощность, |
и |
|
|
|
|
Мусег 1 |
ксе |
и.о. |
6 |
4,53 |
26,57 |
22,02 |
0,9 |
5 |
2,41 |
17,06 |
14,16 |
1,5 |
4 |
2,06 |
23,97 |
19,91 |
0 ,6 |
3 |
0,45 |
14,06 |
11,68 |
1,7 |
2 |
1,68 |
25,82 |
21,44 |
0 ,3 |
I |
Ofоб |
19,36 |
16,08 |
1,2 |
И т о г о . ... |
и,еэ |
23,22 |
19,26 |
0,93 |
Особенностям пласта В является сложная пространственная Япоометрвя, опасность по внезапным выбросам в значительные газо - РЫдедения. В этих сданных горно-геологачёских условиях выемка
пласта в осуществляется камерами. Высота камер достигает |
нщ аос- |
||
тл |
пласта, ширина 8 м, |
ширине мевдукамерных целиков 19 и . |
Поте |
ра |
рудн достигают 75%. |
Выемка осуществляется трудоемким |
буро- |
ВЭрывнкм способом о использованием пневматических сверл в |
скрепер |
уя лебедок.
Впоследние годы Уральски филиалом ВНШГ ведутся работы по яспытанав ааатто самоходного оборудования на пласте В рудника
ЯШРУ-1 и в в у ^ е т з комбайновой выемки |
иа рудника |
СШ У-Г. Однако |
У-о настоящего времени практически нет |
техшчекий |
эффективной р аэ- |
3
работки пласта В» а испытуемые варианты не решают цроблемы, так как первый требует значительного увеличения подачи воздуха в рудник и на пласт В» а второй не исключает использования сущест вующего способа выемки цри отработке верхнего слоя для обеспече ния проветривания камер (цри работе комбайнов) за счет общешахт ной депрессии. Наряду с этим в испытуемой технологии предусмотре на периодичность выполнения дегазационных и очистных работ, что снижает эффективность использования комбайновых комплексов.
Проблема повышения эффективности разработки пласта В мо жет быть решена только комплексно с учетом горно-геологических и горно-технических факторов и качественной характеристики пласта.
Так, например, расчеты показывают, что экономически целесооб разно и более безопасно пласт В отрабатывать не сразу на всю мощ ность, а в несколько этапов. На первом этапе цри сохранении сущест вующей ширины камеры 8 м следует извлекать только самый богатый 6-й сдой мощностью 4,53 м. При этом ширина междукамерного целика составит 8,5 м, извлечение рудной массы по пласту В - 21,7 %9 а содержание МдСЕ2 возрастет на 3 -3,5 %. При этом после затухания оседаний от выемки первого слоя пласта В можно осуществить, на пример, бурошнековую выемку более богатых 2-го и 4-го сдоев так, чтобы не произошло наложения краевых частей мульды сдвижения от выемки каждого из слоев. Таким образом, селективная выемка поз воляет, не снижая достигнутого уровня извлечения на первом этапе,
повысить качество добываемой руды, а в последующем и общий уровень извлечения с пласта В.
Наряду с этим расчеты показывают, что рациональное исполь зование существующей системы горных машин при выемке пласта В позволит увеличить производительность труда рабочего очистного забоя в 4,5 раза и в 2 -2 ,5 раза онизить себестоимость добычи I т
РУДЫ.
Принципиальная схема технологии разработки пласта В с указан ными показателями представденв на рисунке. Очистные работы выпол няют взаимно перпендикулярными камерами укрупненной комплексной бригадой, в распоряжении которой имеется необходимое комбайновое и буровзрывное оборудование. По предлагаемой технологии комбайно вый и буровзрывной комплексы работают независимо друг от друга на разных полупанелях, буровзрывным комплексом осуществляется подготовка очередного участка к комбайновой выемке; проходка под готовительных вырвботок, выемка руда в широтных камерах, проходи-
4
мвх черев расстояние (в рассматривавши условиях через 37-42 м ), дегазация массива пород торпедированием в пределах проектного контура очистных камер. Эти работы выполняв» до начала очиотной комбайновой выемки последовательно на всей площади полупанели, подготавливаемой к комбайновой выемке. Скважины для торпедирова ния массива бурят из выработок навстречу друг другу, например, с помощью бурильной установки 2УШ-2П, у которой ударно-враща тельную машину ПК-50 целесообразно заменить пневмосверлом
CF-50. В состав буровзрывного комплекса входит также погрузоч ная машина ПНБ-ЗД и самоходный вагон 5 ВС-15М.Комбайновую выем ку осуществляют в меридиональных камерах после дегазации комп лексами в ооотаве, например, комбайна "Урал-ЕЖСА", бункераперегружателя БП-ЗА и самоходного вагона 5BC-I5M.
Рекомендации на опытные испытания комбинированного способа выемки карваляитового пласта В вэаимоперпендикулцрннми камерами рассмотрены и одобрены ПО "Сильвинит". По предварительным расче
там |
их реализация позволит в 3 раза |
увеличить нахрузад |
на панель, |
в 4 |
,5 раза производительность труда, |
повысить качество |
руды в |
извлечение, подучить экономический эффект от внедрения более 300 тыо.руб. в год.
Ш 622.2
В. В. Рябов
СВЯЗЬ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ СОЛЯНОГО МАССИВА ВЕРХНЕКАМСКОГО МЕСТОРСЯДЕНИЯ И СКЛАДЧАТОСТИ ПРШЪШШЕННЫХ ПЛАСТОВ
(ПО "Уралкалий")
На Верхнекамском месторождении калийных содей с конца се мидесятых годов проводились исследования напряженного состояния соляного массива. Исояедоввния проводились методом полной раз грузки по схеме ВНИШ на рудниках БКПРУ-2, БКПРУ-3. Пять замер ных станций были заложены на НШРУ-2, две - на ЕКПРУ-З. Для измерений в массиве бурили горизонтальный веер из трех сходя щихся скважин: центральной скважины глубиной семь метров и двух боковых, расположенных на расстоянии семи метров от цент
ральной и под углом 45° к ней. Одна из скважин бурилвсь в нацрав-
6
ленив действия одного из главных нормальных напряжений. Это нап равление определялось по данным института горного дела Минчермета ОХР Г I ] и Уральского филиала ВНИМИ С2 ] . Установлено, что для Среднего ф ал а максимальное главное напряжение имеет преимущест венно широтное направление. Измерения щюводвли в средней части Тагальско-Магнитогорского прогиба, вытянутого в меридиональном направлении вдоль фальской складчатой структуры Г 3 ] . В север ной части этого прогибе, на Петропавловском антиклинальном под нятии на широте Североуральского бокситового месторождения опре деление ЦДС показало, что в регионе главные напряжения сжимающие. Максимальное главное напряжение имеет субширотное направление, минимальное главное напряжение - субмеридиональное направление. Соотношение между величиной максимального главного напряжения, Промежуточного главного и минимального главного составляет 1 :0 ,6 :0 ,5 .
Предурадьский краевой прогиб от Тагильско-Магнитогорского црогаба отделяется двумя крупными структурами: Центрально-Ураль- ским поднятием и Западно -ф а льской внешней зоной складчатости.
К Западно-Уральской внешней зоне складчатости приурочено Кизеловское каменноугольное месторождение, где также проведены исследования ЦДС массива горных пород. Получено, что максимальное главное напряжение действует почти в горизонтальной плоскости и имеет направление, близкое в широтному с отклонением на 27° на северо-запад. Промежуточное главное напряжение направлено субмеридионадьно, под углом ЗбР к горизонтальной плоскости. Со отношение между главными напряжениями составляет 1 ,0 :0 ,8 5 :0 ,7 .
Для условий Верхнекамского месторождения максимальные глав ные напряжения действуют в субшаротном направлении с отклонени ем от широтного на 30° на северо-запад, минимальные главные напряжения ориентированы в субмерядиональном направлении с отклонением от меридионального на 25° на северо-восток, промежу точное ориентировано почти вертикально. Соотношение между глав ными напряжениями 1 ,0 :0 ,85:С,7 .
На руднике ШЗРУ-2 измерены направления осей складок 3-го
порядка и крупных складок |
^рсмншданшх пластов. Получено, что |
|
ориентировка осей складок |
з пространстве меняется в пределах |
|
20-70° ст направления запад-восток |
(от 300° до 340°). |
|
В работе Г 4 ; о^ечалооь, что |
крупше вцутриформзцаонные |
складки коробчатой и сдсшю-сводовой форм представляв», как пра вило, комбинацию простых форм, для котор»ах характерна вергент-
вооть я кулвсообразность сочлененияПоследнее оботоятельство обуславливает сложное в плане строение складокОсевые плоскости цростшс форм, развитых как автономно, так и в сочетании, ориен тированы в субмеридщональном направлении и на некоторых участках в северо-западном направлении* В плоскости пласта наблюдается чередование участков сложностидчатого строения с участками от носительно спокойного залегания. Ориентировка осевых поверхнос тей внутрвформационных складок не совсем согласуется со строени ем внешних тектонических форм, что свидетельствует о разноэтяпности формирования внутриформавдонной складчатости и внешних тектонических структур месторождения» Поэтому, видимо, действие максимального главного напряжения на Вврхнекамском месторождении не совпадает с ориентировкой осей складок промышленных пластов*
Из теории проведения горных выработок известно, что для обеспечения наилучшего состояния горные выработки необходимо Проводить в направлении действия максимального главного напря жения, а оси междукамерных ленточных целиков должны быть ориен тированы в том же направлении*Это необходимо учитывать при проек тировании горных работ на рудниках Верхнекамского месторождения.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
I* Напряженное состояние земной коры (по измерениям в мас сивах горных пород): Сб. статей. М.: Наука, IS73. С. 77-79.
2 . Выполнить прогноз удвроопвсности, разработать и внедрить комплекс мер предотвращения горных ударов на Североурадьскоы бокситовом месторождении: Отчет о НИР (промежуточный) / УФ БНИМИ. J* ГР 022Ю70000044; Свердловск, 1978. 208 с .
3 . Тектоника СССР. Т. 3 . М., 1958. С. 247-250.
4. Технологические схемы механизации очистной выемки калий ных пластов Верхнекамского месторождения: Отчет о НИР / УФ ВНИИГ. Пермь, 1979. С. 12-14.
Б.В. Лаптев, Р.П. Потехин
КВОПРОСУ О КОНЦЕНТРАЦИЙ НАПРЯЖЕНИЙ В ПОРОДАХ ВОКРУГ ВЫРАБОТОК
(Уральский филиал БНИИГ, ВНИМИ)
В условиях шахт Кв9еловского угольного и Североуральского бокситового бассейнов известно много примеров, когда I катего рия удароопасности или шелушение пород отмечаются лишь в одном месте сечения выработки - только в вдовле или в одной из ее стенок, а в стволах - по его окружности. Обычно это объясняют неоднородностью пород.
Изучению поставленного воцрооа помогает анализ интерферен ционных картин, а именно изохром и изоклин, возникающих в фотоупругих датчиках - изотропном материале, - отверстия в которых можно рассматривать как имитацию выработки.
В лабрраторных экспериментах на оптичеоки активных материа лах обычно получают симметричные картины расцределения напряже ний в моделях с круглым отверстием. Однако в этих условиях не возможно получить разнообразия в направлениях нагрузок, возника ющих в натурных условиях.
Авторами проанализированы замеры величин и направлений пригрузок в упруговязкопластичных соляных породах на Верхнекам ском месторождении, проведенные полярископом ШП- I по фотоупругим датчикам и тенэостанцией ИИД-2А по скважинным деформометрам ЛП-9М2. Использовались фотоуцругие датчики из стекла марки К-8 чувствительностью не менее 0 ,1 МПа двух типоразмеров - толщи ной 10 и 30 мд, внешним диаметром соответственно 35 и 40 мм с отверстием диаметром 5 ,0 ш • Всего было установлено 28 датчиков и Ю дефррмометров и в условиях изменяющейся горно-технической обстановки в течение почти 3 лет цроизведено около 350 замеров.
Вфотоуцругих датчиках наблюдались как симметричные, так
внесимметричные интерференционные картины вокруг отверстий в различные периоды времени .Это значит, что даже в изотропном ма териале оптических датчиков условия деформирования пород вокруг
них мо1у т приводить к искажению симметрии и концентрации напря
жений лишь в |
одной точке по окружности их отверстия. Это под |
тверждается |
появлением трещины только с одной стороны отверстия, |
а не в двух |
цротивоположных точках вдоль диаметра. |
|
С помощью скважинных деформометров зарегистрировано, |
что на |
||||||||
глубине 6,0 |
м от |
стенки выемочного штрека по карналлитовому плас |
||||||||
ту |
в плоскости, |
параллельной |
обнажению, |
составляющие тензора |
||||||
напряжений имеют величину |
3 ,8 |
и 2 ,8 ^ // |
, |
причем наибольшая из |
||||||
них нацравлена под углом |
22° |
к горизонтали. Не глубине 3 ,0 м |
||||||||
от обнажения меньшая компонента составляет угол в 39° к горизон |
||||||||||
тали |
и достигает |
0 ,8 5 ^ //, |
а большая - |
1 ,5 jfH . |
В подстилающей |
|||||
каменной соли на |
глубине |
3 ,0 |
м от |
стенки |
штрека составляющие |
|||||
направлены под углом 45° |
к горизонтали |
и равны 2 ,1 + 2 ,0 |
• |
|||||||
При надработке транспортного штрека цриращение напряжений дости |
||||||||||
гает |
на глубине |
6,0 м 1,1 |
^ И |
и 1,4 |
p H |
цри угле между |
||||
большей составляющей и вертикалью 2°; |
на глубине 3,0 м - |
0,5 |
||||||||
и 0,4 pH |
цри угле между вертикалью и наибольшей составляющей |
|||||||||
I I 0. Скважинные |
деформометры позволили установить не только |
|||||||||
асишетричное распределение нацряжений вокруг выработок, |
но и |
|||||||||
миграцию составляющих тензора напряжений по |
направлению и по |
|||||||||
глубине приконтурных пород в течение времени или под действи |
||||||||||
ем горных работ. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Следовательно,как в изотропном материале цри нагружении |
|||||||||
его |
в натурных |
условиях деформирующимися породами, так и в выра |
||||||||
ботках цри деформировании город вокруг них наблюдается симмет |
||||||||||
ричное и асимметричное раоцределение напряжений. В последнем |
случае высокая концентрация нацряжений возникает лишь в одном месте сечения выработки. Это может быть вызвано и анизотропией пород, нацрнмер, различными структурными неоднородностями. В изотропных породах такое раоцределение нацряжений связано с не однозначным изменением их прочностных и деформационных показа
телей [ I ] |
- наведенной анизотропией, обусловленной структурой |
||
поля деформаций и предысторией хода процесса деформирования [ 2 ] . |
|||
В условиях асишетричного распределения нацряжений |
следует |
при |
|
нимать меры по предупреждению динамических явлений |
лишь в |
облас |
ти высоких концентраций напряжений (создание сплошной щели в одном месте сечения выработки).
|
БИБЯИ0ГРАФ1ЧВСКИЙ СПИСОК |
I . |
Потехин Р .П ., Ермакова Т.А. Исследование изменений цроч- |
ностных и деформационных показателей соляных пород в натурных |
|
условиях / / |
Управление горным давлением и борьба с горными удара |
ми. Л .: ВНИМИ. 1980. С. II6 - II8 .