CC BY
18
© B.B. Аникин, B.A. Асанов, 2013
УДК 622.831
В.В. Аникин, В.А. Асанов
ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ВЫЕМКИ ЗАБАЛАНСОВЫХ ЗАПАСОВ СИЛЬВИНИТОВЫХ ПЛАСТОВ КрШ и В НА КАЛИЙНЫХ РУДНИКАХ ВЕРХНЕКАМСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ СОЛЕЙ
Проанализированы горно-геологические и горнотехнические условия возможности трехпластовой выемки сильвинитовых пластов на шахтных полях ОАО «Урал-калий» с вовлечением в эксплуатацию пластов В и КрШ.
Ключевые слова: рудники, запасы, соляные породы, сильвинит, рабочие пласты.
Верхнекамское месторождение солей (ВКМС) расположено в пределах Пермского края на левом берегу р. Кама. Геологические запасы месторождения оцениваются по карналлитовым рудам в 96,4 млрд т, по сильвинитам — 113,2 млрд т, по каменной соли — 4650 млрд. т [1]. В настоящее время на месторо-дении ведется добыча сильвинитовых и карналлитовых руд подземным способом.
Продуктивная толща представлена пластам КрШ, Кр11, Кр1 и АБ сильви-нитового состава и пластом В сильви-нитового или карналлитового состава. Особенностью ВКМС является наличие мощного надсолевого водоносного горизонта, поэтому при отработке запасов калийно-магниевых руд, учитывая их легкую растворимость, необходимо обеспечить сохранение сплошности пачки пород, расположенной между кровлей верхнего отрабатываемого пласта и почвой нижнего водоносного горизонта [2]. Указанная безводная и водонепроницаемая часть геологического разреза представляет собой водозащитную толщу (ВЗТ), обеспечивающую защиту рудников от затопления.
На всех рудниках ВКМС применяется камерная система разработки с поддержанием кровли на относительно жестких ленточных целиках, позволяющих сохранить сплошность ВЗТ. К основным параметрам камерной системы разработки, подлежащим определению, относятся: ширина очистных камер; ширина междукамерных и междуходовых целиков; вынимаемая мощность пластов и расчетная высота целиков; мощность междупластовых потолочин; степень заполнения камер закладкой и сроки выполнения закладочных работ [3].
Основными рабочими пластами являются пласты KpII, АБ и В, имеющие кондиционные значения мощности (не менее 2,0 м) и содержания полезного компонента (не менее 22 % для KCl и не менее 17 % — для MgCl2).
Рабочие пасты разделены межпластовой каменной солью. Внутри пластов также выделяются бедные слои, сложенные, в основном, каменной солью. В строении соляной толщи присутствуют различные геологические аномалии: зоны замещения, складки, зоны трещиноватости и т.д. Все указанные факторы в значитель-
ной степени усложняют отработку запасов продуктивных пластов. В ряде случаях возможна отработка только одного или двух пластов, что увеличивает потери до 40—60 %.
Мощность пласта Кр1 на большей части площади месторождения существенно меньше кондиционного значения, поэтому на современном этапе освоения месторождения при используемом добычном оборудовании данный пласт не отрабатывается.
Необходимо отметить, что для пластов КрШ и В характерно мозаичное распределение запасов по площади месторождения. Кроме того, между продуктивными слоями сильвинита пласта КрШ залегает пласт каменой соли мощностью до 1,0 м. Все это, в конечном итоге, затрудняет отработку, поэтому запасы пласта КрШ, а также на большинстве шахтных полей запасы пласта В отнесены к забалансовым.
В настоящее время на рудниках БКПРУ-2, БКПРУ-4 и СКПРУ-3 ОАО «Уралкалий» ведется отработка двух сильвинитовых пластов АБ и Кр11. Рудник СКПРУ-1 ОАО «Уралкалий», кроме добычи сильвинита, на двух панелях ведет разработку карналлитово-го пласта В. На рудниках СКПРУ-2 и БКПРУ-4 ОАО «Уралкалий» была осуществлена на экспериментальных участках отработка трех сильвинито-вых пластов В, АБ и Кр11. Необходимо отметить, что согласно действующим на месторождении «Указаниям...» [3] допускается отработка не более трёх пластов, при этом трехпластовая выемка сближенных пластов возможна только при отсутствии аномальных зон в строении ВЗТ.
Многие рудники ведут отработку запасов в течение длительного периода. Кроме того, в последние годы отмечается значительное увеличение
объёмов добычи. В этой связи достаточно остро встает проблема расширения рудной базы действующих предприятий.
Исследованиями ГИ УрО РАН установлено, что в пределах шахтных полей рудников ОАО «Уралкалий» имеются значительные запасы сильвинито-вой руды (десятки миллионов тонн) в пластах В и KpIII, которые характеризуются кондиционной мощностью и содержанием KCl, близким к промышленным значениям (не менее 15 %).
С целью оценки возможности вовлечения в отработку запасов пластов В и КрШ для рудников БКПРУ-2 и БКПРУ-4 ОАО «Уралкалий» выполнен анализ горно-геологических и горнотехнических условий с позиции обеспечения безопасности подработки водозащитной толщи.
Так как нормативные документы [3] допускают ведение очистных работ не более чем на трёх пластах, то при анализе схем отработки рассмотрены два основных варианта совместной выемки сильвинитовых пластов:
— В, АБ и KpII;
— АБ, KpII и KpIII.
В качестве основных факторов, определяющих безопасные условия подработки ВЗТ, рассматривались [2, 3, 4]:
1) расчетная мощность междупластовой потолочины;
2) сближенность пластов;
3) допустимые прогибы слоев ВЗТ;
4) условия, исключающие массовое обрушение пород в очистных камерах.
На рис. 1 показана принципиальная схема анализа безопасности подработки ВЗТ при совместной выемке трех пластов при отсутствии аномальных зон в водозащитной толще.
Проведение анализа условно можно разбить на три основных этапа.
Рис. 1. Схема определения безопасных условий подработки ВЗТ при трехпласто-вой выемке в «нормальных» условиях
На первом этапе определялась величина расчетной мощности междупластовой потолочины (тг) для отрабатываемых пластов, которая пред-
ставляет собой среднее значение мощности междупластья без величины приращения высоты целиков и среднего значения мощности нарушенных
Рис. 2. Выкопировка из плана горных работ шахтного поля рудника БКПРУ-4
пород в верхней части потолочины, и производилось ее сравнение с допустимым значением [тг] = 1,5 м [3]. При величине расчетной мощности междупластовой потолочины меньше допустимого значения необходимо про-
ведение закладки отрабатываемых пластов со средней степенью заполнения не менее 0,7 (Ао > 0,75) [3].
Если расчетная мощность междупластовой потолочины тг > 1,5 м, то свиту отрабатываемых пластов необ-
ходимо проверить на «сближенность», которая определяется на основе сравнения мощности междупластья с допустимым значением, определяемым с учетом максимальной ширины камер на верхнем и нижнем пластах и степени нагружения междукамерных целиков [2].
Согласно требованиям «Указаний...» [3] трехпластовая отработка сближенных пластов должна сопровождаться обязательной закладкой очистных камер со степенью заполнения А > 0,75, как минимум, по одному из пластов. Кроме того, при наличии сближенных пластов используется нисходящий порядок отработки с со-осным расположением очистных камер и с опережением фронта очистных работ по верхнему пласту не менее 50 м.
На втором этапе анализа (см. рис. 1) производилось сравнение допустимых ([Ут]) и расчетных прогибов №т) ВЗТ. Если расчетные прогибы превышают допустимые значения, то необходимо применение дополнительных мер охраны ВЗТ (внесение закладки или увеличение степени заполнения камер и (или) увеличение ширины междукамерных целиков), снижение вынимаемой мощности пластов.
На третьем этапе, согласно требованиям [4], выполнялась проверка параметров отработки по условиям, исключающим возможность массового обрушения пород в очистных камерах.
При невыполнении условий, исключающих массовое обрушение пород, необходимо применение дополнительных мер охраны в виде корректировки параметров отработки (внесение или увеличение степени закладки камер и (или) увеличение ширины междукамерных целиков).
Следует отметить, что с учетом требований для сближенных пластов [3] отработка верхнего пласта В является опережающей по отношению к нижележащим пластам АБ и Кр11. Следовательно, при совместной выемке пласт В может быть отработан только на тех участках шахтного поля, где очистные работы на нижележащих пластах не проводились.
Выемка пласта Кр111 (самого нижнего в свите), в отличие от пласта В, возможна не только при одновременной трехпластовой отработке, но также на тех участках шахтного поля, где очистные работы были проведены значительно раньше на одном (АБ) или двух (АБ и Кр11) рабочих пластах.
При отработанном пласте АБ, в зависимости от величины расчетной мощности междупластовой потолочины КрП-КрШ, возможны два варианта выемки пласта Кр111.
Если величина расчетной мощности междупластовой потолочины Кр11-Кр111 не менее 1,5 м, то параметры выемки для пластов Кр11 и Кр111 определяются раздельно [3] и отработка пласта Кр111 возможна лишь в том случае, если расчетная степень нагруже-ния междукамерных целиков, ширина которых будет ограничена размерами соосных с ними целиков на пластах АБ и Кр11, не превысит допустимое значение [С] = 0,4.
В случае, когда значение расчетной мощности междупластовой потолочины КрН-КрШ менее 1,5 м, параметры выемки для пластов Кр11 и Кр111 определяются как для одного пласта КрН+КрШ [3], при этом отработка пласта Кр111 возможна лишь в том случае, если расчетная степень нагруже-ния междукамерных целиков на пласте КрН+КрШ, ширина которых будет ограничена размерами соосных с ни-
ми целиков на пласте АБ, не превысит допустимое значение [С] = 0,4.
Возможность выемки пласта Кр111 на участках шахтного поля, где раньше были отработаны два пласта АБ и Кр11, определяется мощностью меж-дупластья КрН-КрШ. Отработка пласта Кр111 возможна лишь при расчетной мощности междупластовой потолочины КрП-КрШ не менее 1,5 м.
Расчеты, выполненные по действующим методикам [3, 4] показали, что на шахтных полях рудников БКПРУ-2 и БКПРУ-4 совместное извлечение трех сильвинитовых пластов принципиально возможно.
На рис. 2 в качестве примера дано расположение кондиционных блоков сильвинитового пласта В на шахтном поле рудника БКПРУ-4, которые могут быть вовлечены в отработку совместно с основными рабочими пла-
стами АБ и Кр11. В пределах совмещенной 4-5 СЗП на рис. 2 более темным цветом выделен участок, не подлежащий отработке из-за наличия аномальной зоны первой группы в строении ВЗТ.
Таким образом, выполненные исследования доказывают принципиальную возможность вовлечения в эксплуатацию запасов пластов Кр111 и В. Это позволит дополнительно извлечь не менее 90 млн. т сильвинито-вой руды. При проектировании трех-пластовой выемки параметры ведения очистных работ должны определяться с учетом всего комплекса горногеологических и горнотехнических условий при соблюдении требований руководящих документов, а также с использованием результатов научных разработок по безопасной подработке ВЗТ.
1. Кудряшов А.И. Верхнекамское месторождение солей. — Пермь, ГИ УрО РАН, 2001. — 429 с.
2. Барях А.А. Геомеханические аспекты защиты калийных рудников от затопления / Барях А.А. // Изв. вузов. Горн. журн. — 1995. — №6. — С. 185-192.
3. Указания по защите рудников от затопления и охране подрабатываемых объектов
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
в условиях Верхнекамского месторождения калийных солей (технологический регламент). — СПб., ВНИИГ, 2008.
4. Методические рекомендации к «Указаниям по защите рудников от затопления и охране подрабатываемых объектов в условиях Верхнекамского месторождения калийных солей». — СПб.: ВНИИГ, 2008. гггтз
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Аникин В.В. — кандидат технических наук, научный сотрудник, ашкт@ш1-регш.ги, Асанов В.А. — доктор технических наук, профессор, заведующий лаборатория, Горный институт УрО РАН, ауа@ш1-регш.ги
А
