CC BY
116
© М.М. Хайрутдинов, А.Б. Ковальский, 2008
УДК 622.272
М.М. Хайрутдинов, А.Б. Ковальский
ТЕХНОЛОГИЯ И ПОРЯДОК РАЗРАБОТКИ УДАРООПАСНЫХ УЧАСТКОВ РУДНИКА « СКАЛИСТЫЙ» С ПРИМЕНЕНИЕМ СИСТЕМЫ С ЗАКЛАДКОЙ ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА
Семинар № 17
Рудник "Скалистый" расположен в -ИГ северо-восточной части Талнах-ского месторождения. Шахтное поле рудника находится в пределах юговосточной части плато Хараелах. Рельеф территории предгорный, с холмистогрядовой поверхностью. Наивысшей точкой рельефа является гора Скалистая с абс. отметкой +645,5 м.
В поле рудника "Скалистый" разведочными работами с поверхности выявлено 3 промышленных типа руд: вкрапленные, медистые, богатые. Состав руд -халькопирит-пирроти-новый.
Сплошные сульфидные руды образуют две залежи - Первую и Вторую Северные (С-1, С-2), погружающиеся в северо-восточном направлении под углом 3-10°. По морфологии они представляют узкие линзовидные тела, вытянутые в субмеридиональном направлении по контакту с Главным швом Норильско-Хараелахского разлома, глубина залегания залежей от -750 до -1200 м.
В массиве горных пород месторождения преобладают системы крутопадающих трещин субмеридионального простирания. Нарушенность пород кровли меняется от слабой до сильной. В связи с неоднородным составом горных пород различны и их физикомеханические свойства. Вкрапленные ру-
ды обладают прочностью от 100 до 150 МПа, богатые руды - от 60 до 80 МПа, а прочность "медистых" руд меняется от 6080 до 100 МПа.
Проходка выработок на глубине 10001100 м в органогенных известняках выявила участковые битумопроявления. Установлена приуроченность к этим участкам выделений метана и других углеводородов. Кроме того, все породы и руды Талнахского месторождения независимо от глубины относятся к угрожаемым по горным ударам, а с глубины 700 м и ниже
- к опасным по горным ударам.
По геологоразведочным данным породы горного массива в поле рудника «Скалистый» на глубине от -650 до -1200 м имеют температуру от +19 до +42 °С, таким образом температурный градиент равен 23 м на 1 °С.
Выявленные особенности горногеологического строения массива, его склонности к горным ударам, битумо- и газопроявлениям, а также суровые климатические условия предопределили сложности в строительстве и эксплуатации рудника «Скалистый».
На Норильском горно-металлургическом комбинате за более чем 30летнюю историю разработки Талнахско-го и Октябрьского месторождений накоплен богатый опыт проектирования,
строительства и эксплуатации рудников в таких условиях. Разработана новая техника и технология ведения закладочных работ, внедрены передовые методы крепления капитальных и подготовительных выработок, способы управления горным давлением.
Современный период развития горного производства на комбинате характеризуется тем, что практически закончена добыча богатых руд на рудниках «Маяк» и «Комсомольский», снижаются объемы добычи на руднике «Октябрьский». В связи с этим возникла крайняя необходимость ввода в эксплуатацию 1 очереди рудника «Скалистый» в кратчайшие сроки для создания резерва мощностей по добыче сплошных сульфидных руд и обеспечения металлургических переделов Норильского комбината сырьем.
Ввод рудника в эксплуатацию намечен в ближайшие годы на рубеже XXI века, поэтому он должен отвечать всем современным требованиям, характеризующим передовое предприятие будущего. Новые технические решения предусматривают порядок и последовательность выемки запасов, снижающие вероятность возникновение горных ударов. Предлагаются усовершенствованные способы крепления выработок, поддержание очистного пространства и механизации производственных процессов. Главное внимание уделяется надежности и безопасности ведения работ, внедрению автоматизированных систем управления рудником.
В настоящее время ведется интенсивное строительство горно-капитальных выработок II периода на 2-х горизонтах: вентиляционно-закладоч-ном с абсолютной отметкой -650 м и откаточном -850 м. Проходка выработок осуществляется буровзрывным методом, что отрицательно сказывается на их состояние в удароопасных районах. Неос-
поримыми преимуществами по сравнению с буровзрывным обладает метод проведения горных выработок путем механического разрушения горных пород, применяя комбайна избирательного действия со стреловидным исполнительным органом на гусеничном ходу позволит отказаться от взрывных работ.
Вслед за продвижением забоев производится крепление горно-капитальных выработок временной, а затем, с отставанием в 240 м, и постоянной крепью, основным видом которой является усиленная комбинированная крепь, представляющая собой железобетонные анкера, металлическую сетку, закрепленную по контуру выработки к стержням арматурных штанг, и слой набрыз-гбетона до 5-7 см. Для крепления сопряжении и участков выработок, пройденных по породам слабой устойчивости, в качестве постоянной используется также арочная податливая крепь из шахтного спецпрофиля СВП, монолитная железобетонная крепь.
Наряду с торкрет-установками типа, предназначенными для подачи сухой смеси, впервые в практике норильских рудников применяется установка, позволяющую перерабатывать сухую обычную смесь и жидкий специальный бетон. Бетон приготавливается на бетонном заводе, автомобилями с миксер-ной установкой доставляется к стволу, где доставляется на горизонт и перегружается в вагоны ВГ-4, переоборудованные для транспортировки бетона, в которых подается к месту установки. Учитывая, что значительная часть горно-капиталь-ных и подготовительных выработок будет проводиться в зонах крупных тектонических нарушений, большое внимание уделяется вопросам специального укрепления массива в зонах повышенной его нарушенности.
В соответствии с проектными решениями поле рудника «Скалистый» рекомендуется разделить на 2 шахты: поле шахты 1, отрабатывающей запасы залежи С-1, и поле шахты 2, отрабатывающей запасы залежи С-2. В «безрудном» окне в процессе отработки залежей формируется межшахтный целик шириной до 300 м.
Район, с которого будут начинаться очистные работы, должен характеризоваться выдержанными параметрами
залегания рудного тела. В поле шахты «Верхняя» предлагается меридиональная
Рис. 1. Схема развития работ с учётом тектоники. ГМК «Норильский никель»
разрезка залежи. При этом горные работы развиваются одним фронтом в направлении от линии разрезки на восток - по падению рудного тела. Протяженность меридионального фронта на период полного развития работ принимается равной 960 м (8 панелей), что соответствует ранее запроектированной суммарной протяженности фронтов широтной ориентации (рис. 1).
Выбранный порядок и последовательность отработки запасов предостав-ляют широкие возможности для применения различных вариантов сплошной выемки руды с закладкой в зависимости от конкретных горно-геологичес-ких условий.
Системы разработки принятые проектом для рудника «Скалистый» обладают следующими достоинствами и недостатками.
Для отработки запасов богатых руд средней, сильной и весьма сильной нарушенности в качестве основной (базовой) для участков любой мощности рекомендована освоенная и наиболее безопасная при работе в сложных удароопасных условиях сплошная слоевая система разработки с нисходящим порядком выемки и закладкой выработанного пространства твердеющими смесями (ССН). Рудная залежь в меридиональном направлении разделяется на панели длиной 120 м и шириной, равной размерам залежи. Характерным отличием этой системы является ведение очи-
стных работ под искусственной кровлей, создаваемой в процессе отработки запасов вышележащего слоя. Эта особенность позволяет успешно применять её при неустойчивых рудах.
Поскольку система ССН предусматривает нахождение рабочих в выемочном пространстве высотой до 10 м (в зависимости от устойчивости обнажений), при очистной выемке обязательно применение кровлеоборочной машины.
На маломощных и средней мощности участках залежей с рудами слабой и средней нарушенности предлагается применять варианты сплошной слоевой системе разработки с комбинированным порядком выемки (СКС), также как и при ССН по кровле залежи с опережением отрабатывается защитный слой. В предлагаемом исполнении данной системы существенным фактором, влияющим на параметры конструктивного исполнения системы разработки, является устойчивость обнажений камер, находящиеся без крепления 20-30 суток. Выемка основных запасов в защищённой зоне ведётся потолкоуступным забоем при высоте отбиваемого слоя до 4-6 м и общей высоте заходок до 8-10 м. После зачистки почвы заходка закладывается на высоту отбитого слоя, при этом остаётся недозаложенное технологическое пространство высотой не менее 3-4 м для размещения бурового оборудования.
На участках с сильно нарушенной кровлей следует предусмотреть уменьшение параметров заходок или крепление кровли с предварительным оформлением в камере верхней подсечки и отбойкой руды нисходящими скважинами.
На основании выше изложенного сделаем следующие выводы:
Как показывает практика горных работ рудника «Октябрьский» отработка запасов сплошных руд примыкающих к крупным тектоническим нарушениям
сопряжена с большими трудностями вызванными чрезвычайно большим горным давлением. Геомеханическая обстановка на шахте «Верхняя», как и на соседней шахте «Глубокая», по материалам МГУ гораздо сложнее, чем на всех известных рудниках Талнаха. Так, например, различия между минимальными (шовная зона) и максимальными (на расстоянии 40-50 м от разлома) напряжениями в зоне НХР достигают 4-5 раз. В случае продольной разрезки рудного тела С-1 и С-2, дополнительные напряжения, вызванные горными работами при наложении на зоны аномально высоких напряжений, которые по предварительным оценкам в 2 раза превышают фоновые, могут вызвать разрушения всех прилегающих к НХР выработок.
По предложенной в ТЭО схеме погашения запасов к концу 20-х годов очистные работы расползутся по всему шахтному полю. Деконцентрация работ приведет к тому, что придется поддерживать в рабочем состоянии десятки, а может и сотни километров (как на руднике «Комсомольский») горных выработок. В отличие от рудника «Комсомольский» в связи с более сложными горно-геологическими условиями (глубина горных работ, высокое давление и температура горных пород) эксплуатационные затраты на поддержание горных выработок могут сравниться с затратами на добычу.
Для исправления этого недостатка необходимо концентрировать горные работы на одном- двух участках с применением принципа «шагреневой кожи» (погашения на отрабатываемом участке не только запасов руды, но и всех горных выработок прилегающих к этому участку), при этом стремиться к выполнению основного принципа ведения горных работ на больших глубинах - по-
Рис. 2. Система разработки горизонтальными слоями с закладкой (выемкой клинообразным фронтом по восстанию) ГМК «Норильский никель»
степенное создание пустот впереди фронта очистных забоев и полное их погашение позади его.
Регламент и ТЭО предусматривают совместную отработку сплошных и медистых руд. При таком развитии горных работ «зависает» на неопреде-ленный срок отработка вкрапленных руд. Вкрапленные руды являются лег-ко обогати-мыми. Совместная их отработка с богатыми и медистыми рудами будет малозатратна за счет единой подготовки и отказа от промежуточных горизонтов, тогда как с отсрочкой их выемки на неопределенный срок затратная часть на
восстановление и переподготовку запасов будет расти каждым годом.
Для решения поставленных проблем: сохранения выработок в надлежащем состоянии, безопасность ведения горных работ и применение высопроизво-дительного оборудования, мы предлагаем применить систему горизонтальных слоев с закладкой и выемкой клинообразным фронтом по восстанию (рис. 2).
Для данной схемы характерно:
- высокая концентрация работ;
- постоянная протяженность фронта очистных работ;
- локализация опасных напряжений в небольших локальных зонах;
- обеспечение полноты закладки.
В отличие от систем, предоставленные проектом, рудная залежь разделяется в широтном направлении на панели, такой же длиной в 120 м. Первоначально планируется уменьшить количество панелей в работе с 8 (по проекту) до 5, что позволит спустя определенного времени (по нашем расчетом до 10 лет) превзойти постоянную площадь по проекту и увеличить производительную мощность. Главным достижением данной системы заключается в возможности ориентировать работы
вдоль оси горизонтальных поперечных напряжений и эффективно погашать горные выработки, прилегающих непосредственно к отработанным участкам залежи.
Данная схема позволит решить:
- уменьшение концентрации напряжений;
- резко уменьшить затраты на поддержания выработок;
- увеличение производственных мощностей;
- избежать проседания поверхности.
1ИГД=1
— Коротко об авторах ----------------------------------------------------------------
Хайрутдинов М.М. - кандидат технических наук, доцент,
Ковальский А.Б.- студент,
Московский государственный горный университет.
Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 17 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. Е.В. Кузьмин.
------------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
ИНСТИТУТ ГОРНОГО ДЕЛА УрО РАН
ЖУРАВЛЕВ Артем Г еннадьевич Обоснование параметров транспортирования горной массы карьерными автосамосвалами с комбинированной энергосиловой установкой 25.00.22 к.т.н.
