CC BY
48
УДК 622.011.04
Л.А. Важеннн, Г.Т. Грниценко
СЕЛЕКТИВНАЯ РАЗРАБОТКА КАЛИЙНЫХ СОЛЕЙ ВЕРХНЕ-КАМСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Существующая технология разработки Верхие-Камского месторождения калийных солей имеет существенные недостатки.
Во-первых, разработка сопровождается большими потерями руды в недрах. Так, из 13 енльвинитовых и сильвинито-карналлитовых пластов разрабатываются в основном три: Красный 1. А Б и В Остальные пласты по разным причинам отнесены к забалансовым и не разрабатываются, запасы руды в таких пластах составляют 30-60 %. Из разрабатываемых пластов добывают только 40-50 % руды, остальная часть остается в целиках. Извлечение полезного ископаемого из добытой руды на обогатительных фабриках составляет 70-80 %. Таким образом, используется всего 15-20 % запаоов полезного ископаемого Верхне-Камского месторождения .
Во-вторых, увеличение объемов добычи калийных солей по существующей технологии может быть достигнуто в основном за счет экстенсивных факторов, так как дальнейшее совершенствование данной технологии не обеспечит значительного роста производительности труда Увеличение производительности труда возможно только при применении принципиально новой технологии, основанной на комплексной механизации и автоматизации процесса добычи, на применении механизированных комплексов и агрегатов с дистанционным и автоматизированным управлением.
Рис.1. Схема очистного забоя уступной формы:
1 - механизированная крепь; 2 - самоходные каретки; 3 - манипуляторы; 4 - перегружатель руды; 5 - ленточный конвейер; 6 - перегружатель породы; 7 - закладочная машина, 8 - преде хранительный полок.
9 - бункер-накопитель; 10 - виброуплотнители
В-третьих, на обогатительные фабрики поступают потоки руды переменного качества, что усложняет процесс обогащения, а существующая технология добычи не приспособлена к оперативному управлению горными работами с целью стабилизации качества добытой руды.
В-четвертых. при существующем технологии весь комплекс добычных и обогатительных ■роиессов отрицательно сказывается на состоянии окружающей среды На поверхности шахт складируются большие объемы отходов калийного производства, которые представляют собой реальную угрозу всему региону, включая воды реки Камы и ее притоков К настоящему времени в отвалах шахт Вср\не-Ка\1ского месторождения скопилось окаю одного миллиарда тонн штсотходов
Изучая геологическое строение месторождения, можно видеть, что оно представлено мощными отложениями слоев солен различного состава Месторождение представлено псросланваиисм сильвинита, карналлита и каменной соли. Слои достаточно четко обозначены, что благоприятствует се. активной разработке
Гушностъ предлагаемой технологии селективной разработки Всрхнс-Камского месторождения заключается в следующем
Г1о нижнему и верхнему пластам части продуктивной толщи, подлежащей отработке, проводятся выработки с таким расчетом, чтобы они располагались одна под дру гой На границе -частка ли выработки соединяются третьей, наклонной, выработкой, угол наклона которой тжен быть равен углу естественного откоса закладочного материала В этом случае наклонная выработка пересекает все пласты полевого ископаемого, подлежащие разработке, а также пласты породы междупластий. Таким образом обеспечивается доступ к любому пласту', независимо от его мощности. Задача селективного извлечения пластов сильвинита, карналлита и калийных солей может быть обеспечена приданием забою потолкоуступной формы и приурочиванисм уступов к пластам полезного ископаемого и породным междупластьям. Отбойка уступов одноименного полезного ископаемого или калийной соли междупластий осуществляется последовательно. По мерс подвигания очистного забоя выработанное пространство закладывается. В качестве закладочного материала используется отбитая каменная соль междупластий, а недостающее количество закладочного материала пополняется из солеотвала.
Для реализации предлагаемой технологии необходим комплекс машин и оборудования (рис.1), увязанных по технологическим параметрам. Часть машин и оборудования можно подобрать из серийно выпускаемых горным машиностроением, но другая часть оборудования потребует его конструктивной разработки и изготовления.
Основой всего комплекса является механизированная крепь 1, представляющая собой секционный, а при небольшой длине - бсссскционный щит, отделяющий призабойное пространство от закладочного массива. По мере подвигания очистного забоя щит перемещается от центральной маслостанции. Отбойка уступов осуществляется манипуляторамии 3, установленными на самоходных каретках 2, перемещающихся по щиту вверх и вниз. Манипуляторы могут перемещаться вдоль каретки, кроме того, они могут поворачиваться как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях, а их исполнительные органы имеют телескопическое устройство и могут удлиняться и укорачиваться. Такая технология отбойки руды и породы позволяет достаточно тщательно обрабатывать уступы, а наличие в забое нескольких манипуляторов обеспечивает высокую производительность комплекса. Эффективное управление каретками и манипуляторами может быть осуществлено на базе микропроцессорной техники без присутствия людей в очистном забое.
Отбитая горная масса скатывается вниз на перегружатель 4 и далее поступает на телескопичный ленточный конвейер 5. На дальнейшем пути транспортирования потоки руды на калий и руды на магний разделяются. Отбитая калийная соль междупластий может непосредственно переспускаться через щит в выработанном пространстве или транспортироваться на вентиляционно-закладочный горизонт для приготовления закладочной смеси.
Закладочная смесь на вентиляционно-закладочном горизонте поступает в бункер-наполнитель 9, затем на питатель 6 и далее за щит в выработанное пространство. Закладочный массив формируется под углом естественного откоса, параллельно щиту-. Для повышения первоначальной плотности закладочного массива устанавливаются виброуплотнители 10, которые обрабатывают всю обнаженную площадь закладочного массива. Для плотной забивки верхней части выработанного пространства на предохранительном полке 8 устанавливается закладочная машина метательного действия 7.
Рассмотренный вариант технологии разработки продуктивной толщи с потолкоуступной формой забоя позволяет развить очень высоку ю нагрузку на очистной забой, так как на щите
можно установить несколько самоходных кареток, а на каждой каретке два и более манипуляторов. Однако этот вариант технологии связан с большой сложностью управления и требует согласованной работы всего комплекса Очевидно он может быть реализован только при управлении комплексом с помощью современной ЭВМ.
В принципе может быть реализован и более простой вариант предлагаемой технологии с прямолинейным забоем В этом случае все технологические процессы остаются такими же, что и в описанном варианте, но отбойка слоев полезного ископаемого и каменной соли междупластий на величину заходки ведется только последовательно на одну самоходную каретку. Для разделения потоков отбитой горной массы разного качества необходимо после отбойки слоя (пласта) делать паузу. Этим транспортируемый материал на конвейере расчленяется и может быть отсортирован по видам. При такой технологии значительно упрощается управление технологическим процессом.
Предлагаемая технология очистных работ вызывает некоторые изменения в общей технологической схеме рудника. Эти изменения вызваны прежде всего конструкцией очистного забоя и необходимостью в развитом закладочном хозяйстве.
Рис.2. Принципиальная схема экологически чистой технологии добычи калийных солей
Верхне-Камского месторождения:
Условные обозначения: АПБ - аккумулирующий бункер; ОФ - обогатительная фабрика;
ТС - спуск трубный; ТШ - трубопровод шламовый; ПДСК - подземный дробильно-сортировочный комплекс, ПК - питатель конвейерный. ЛК-П - ленточный конвейер I юродный;
ЛК-Р - то же для руды; БН - бункер-накопитель; П - перегружатель; ПФПО - подземная фабрика предварительного обогащения, Ш11Х - подземное шламохранилище
Появляются два четко различаемых по функциональному назначению горизонта. Один из них - откаточный На этом горизонте сосредотачивается транспорт добытого полезного ископаемого, транспорт вспомогательных материалов, перевозка людей и подача свежей струн воздуха. Другой горизонт условно можно назвать вентиляционно-закладочным. Он служит для подачи закладочного материала в выработанное пространство очистных забоев и для отвода исходящей из очистных забоев отработанной струи воздуха.
Общая технологическая схема рудника будет зависеть от принятой технологии закладочных работ. В данной работе рассмотрен вариант механической закладки. Нет никаких принципиальных препятствий к применению пневматической или гидравлической закладки. Очевидно, эти варианты окажутся более технологичными. Окончательное решение о выборе технологии закладочных работ можно будет принять после проведения соответствующих геомеханических и технико-экономических исследований.
В рассматриваемом варианте общей технологической схемы рудника (рис.2) устраивается ный дробильно-сортировочный комплекс по приготовлению закладочного материала. Нел остающая часть закладочного материала доставляется из солеотвала в аккумулирующий р (АГ1Б), из которого ленточным питателем (ЛК-П) подастся в трубчатый спуск (ТС) и по в подземный дробил ьно-сортировочный комплекс (ПДСК). Приготовленная закладочная по выработкам вентиляционно-закладочного горизонта поступает в выработанное ■ространство очистных забоев.
При выборе технологии закладки и качества закладочного материала следует учитывать, что з данном случае закладка выполняет не только роль размещения отходов в выработанном =ространствс. но несет и технологическую нагрузку , являясь опорными целиками при выемке -слезного ископаемого второй и третьей стадий.
Существующая технология добычи и переработки калийной руды на Верхне-Камском месторождении предусматривает выдачу руды на поверхность и ее переработку на обогатительных фабриках. При этом образуется большой объем солеотходов (около 70 % от выдаваемой руды), которые скапливаются в солеотвалах и угрожающе загрязняют окружающую сред\ Кроме того, в процессе обогащения руды получается большой выход шламов. которые также хранятся на поверхности и загрязняют почву и воду Шламохранигища и солеотвалы снимают значительные площади поверхности земли и исключают ее из хозяйственного оборота.
Предлагаемые ниже технические решения позволяют перейти к экологически чистой технологии добычи и переработки руды.
Прежде всего нет смысла выдавать на поверхность вместе с полезным компонентом 70 % солеотходов. Для этого можно соорудить в мощном слое коренных подстилающих каменных солей камеры соответствующих размеров и разместить в них необходимое оборудование по предварительному обогащению руды. т.е. подземную фабрику предварительного обогащения ПФПО). Очевидно, для предварительного обогащения руды мэжно применить электростатический или фотометрический метод. Отходы обогащения с подземной фабрики направляют в дробильно-сортнровочный комплекс и далее в качестве закладочного материала в выработанное пространство очистных забоев. В этом случае на поверхность выдается погашенная руда. Солеотходы с поверхностной обогатительной фабрики направляют в породный 5>нкер и далее для приготовления закладочной смеси.
Одних солеотходов из добытой руды будет недостаточно для полного заполнения выработанного пространства. Недостающая часть закладочного материала может быть пополнена $а счет существующих солеотвалов или сооружения камер в подстилающей толще каменной соли. Параметры камер следует принять из расчета длительной их устойчивости
Полученные таким образом камеры можно использовать в качестве подземных шламохранилищ (ПШХ). Из обогатительной фабрики шлам поступает по трубопроводу (ТШ)
Таким образом, можно создать практически безвредную для окружающей среды технологию добычи и переработки руды на Верхне-Камском месторождении калийных солей.
Предлагаемая технология характеризуется прежде всего более высоким коэффициентом извлечения полезного ископаемого. Это достигается за счет вовлечения в разработку пластов мощностью менее двух метров В настоящее время такие пласты отнесены к забалансовым. Извлечение полезного ископаемого увеличивается за счет разработки массива в несколько стадий и оставления целиков между камерами значительно меньших размеров, т.к. выработанное пространство полностью и плотно закладывается, и закладка в этом случае выполняет роль опорных целиков.
Предлагаемая технология позволит резко увеличить нагрузку на забой и добиться большей концентрации горных работ. При этом создаются предпосылки к переходу на безлюдную выемку руды, т.е. отработка пластов продуктивной толщи может вестись без постоянного присутствия людей в очистном забое. Предлагаемая технология позволяет перейти на качественно новый у ровень добычи калийных солей.
Использование всей массы солеотходов в качестве закладочного материала и размещение жидких отходов в специально сооружаемых камерах позволяет создать технологию, оказывающую минимальное вредное воздействие на окружающую среду.
Послойная отбойка руды и породы как при уступной, так и при прямолинейной форме забоя позволяет осуществить мероприятия, препятствующие попаданию глинистых прослойков в
отбитую руду. Технология позволяет также регулировать качество добываемой руды, что стабилизирует процесс обогащения
К недостаткам предлагаемой технологии следует отнести дополнительный объем работ по отбойке породы междупластий и перемещению ее в выработанное пространство. Однако указанные недостатки в значительной мере уравновешиваются теми достоинствами, которые позволяет получить предлагаемая технология.
УДК 622.011.04
Г.Т. Грищенко, Л.А.Важеннн
ИССЛЕДОВАНИЕ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА РАЗМЕР МЕЖДУКАМЕРНЫХ ЦЕЛИКОВ
Все предприятия и организации, осуществляющие проектирование и ведение горных, геологоразведочных и геофизических работ на территории Верхнс-Камского месторождения калийных солей, обязаны выполнять указания по защите рудников от затопления [2]. Основные положения данных указаний направлены на сохранение водозащитной толщи, целостность которой предохраняет очистные и подготовительные горные выработки от затопления. Система разработки с применением предлагаемой технологии селективной выемки сильвинитовых пластов [ 1J по своей сущности является камерной. Отличительной особенностью ее является увеличение высоты камеры до всей продуктивной мощности, т.е. камера принимает форму щели. Жесткое поддержание водозащитной толщи при камерной системе разработки обеспечивается оставлением междуходковых и междукамерных целиков ленточной формы по всей длине камер. Мерами охраны очистных выработок от затопления при камерных системах разработки с оставлением междукамерных целиков (МКЦ) являются:
1. Применение междукамерных целиков с допустимой степенью нагружения. Необходимое значение степени нагружснностн.обсспсчивающсе сохранение устойчивости МКЦ в течение требуемого срока (в), определено из следующего выражения:
С = \ • aln в , (1)
где а - эмпирический коэффициент, равный 5,75 *10 :; 0 - время сохранения устойчивости МКЦ, сутки.
Дтя участков месторождения, вовлекаемых в отработку; степень нагружения МКЦ не должна превышать CS 0,7.
2. Ширина МКЦ определяется с учетом возможного увеличения их высоты (за счет обрушения пород кровли в камерах и пучения пород в их почве, а также обрушения междупластий при отработке сближенных пластов) и всех факторов, определяющих несущую способность целиков (средневзвешенный паспорт прочности, наличие в целике слабых прослойков, условия контакта с боковыми породами, способ отбойки руды, отношение их ширины к высоте).
3. Соблюдение соосности целиков, оставляемых на всех отрабатываемых калийных пластах.
4. Применение на всех отрабатываемых пластах МКЦ одинаковой формы в плане (либо ленточных, либо квадратных).
При заданной степени нагруженности междукамерных целиков, удовлетворяющих требованиям безопасных условий поддержания водозащитной толщи, ширину МКЦ рекомендуется определять по формуле
в_-В0+^+4.Ао.Со ^ 4 . (2)
2 А0
