CC BY
20
Выбор рациональных параметров технологических схем отработки третьего калийного пласта на полную мощность по геомеханическому фактору
Сиренко Ю. Г.
Сиренко Юрий Георгиевич /Sirenko Yury Georgiyevich - кандидат технических наук, доцент, кафедра разработки месторождений полезных ископаемых,
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», г. Санкт-Петербург
Аннотация: для анализа возможных технологических схем выемки Третьего калийного пласта на полную мощность ОАО «Беларуськалий» были выделены участки с благоприятными условиями (глубина залегания пласта до 700 м, устойчивые породы кровли над выработками) и сложными условиями (глубина залегания пласта более 700 м, слабые вмещающие пласт породы). Выполненный анализ напряженнодеформированного состояния пород при применении вариантов симметрично располагаемой в выработанном пространстве закладки показал недостаточность её влияния на мехсостояние массива. Этот вывод касается как заполнения выработанного пространства «консолидированным» закладочным материалом, так и «обычной» горной массой. В результате исследований были предложены рациональные параметры отработки Третьего калийного пласта на полную мощность.
Ключевые слова: ОАО «Беларуськалий», полная мощность, верхний и нижний сильвинтовые слои, калийный пласт, напряженно-деформированное состояние массива горных пород.
Известно, что кровля Третьего калийного пласта Старобинского месторождения склонна к зависаниям в выработанном пространстве и последующим интенсивным обрушениям иногда с динамическим воздействием пород на призабойное пространство и посадкой гидростоек «нажёстко». При увеличении вынимаемой мощности пластов с 2,2 м до 4,5 м обрушения кровли могут сопровождаться возникновением ударной воздушной волны.
При селективной выемке Третьего пласта на полную мощность порода из двух разрушаемых галитовых прослоев - II-III и III-IV будет складироваться за забойной крепью в выработанном пространстве лавы в виде бутовых полос [1, 2]. В зависимости от длины лавы и вынимаемой мощности пласта и породных прослоев будет изменяться ширина незаскладированных породой участков выработанного пространства. На наш взгляд, при ширине этих участков более 10 м обрушение непосредственной кровли может происходить сразу при передвижке крепи, и при большой площади зависшей основной кровли приводить к динамическому воздействию пород на крепь и образованию сильной воздушной волны.
Эти материалы определили схему исследуемой области техногенно невозмущенного массива в зоне будущей выемки сильвинита в условиях горизонта «-670 м» (панель «10ЮА») на руднике 4РУ. Отмеченная схема отражает «неблагоприятные» условия формирования параметров напряженно-деформированного состояния (НДС) в горных породах, обусловленные, в частности, наличием в налегающей толще пакета пород со значениями модуля деформаций & 5-10 МПа (^ & 0,43) и возможностью «проскальзывания» слоев в приграничных областях отмеченной пачки пород ( т^О). Для возможности выполнения количественных оценок величин компонентов напряжений и деформаций, в соответствии с принятой методикой, заданы компоненты внешнего геостатического поля напряжений, определившего в исследуемых условиях: оу & 19 МПа и ох & 12,5 МПа.
Для принятых технологических схем закладки выработанного пространства, реально закладываемая площадь составляет около ~ 0,6 от всей площади выработанного пространства (ВП) [6].Соответствующие деформационные характеристики закладки при этом могут быть приняты изменяющимися в диапазоне: ~ 0,34 + ~1,2 МПа.
В настоящее время принято, что удельная нагрузка на мехкрепь в лавах при однослоевой выемке и вынимаемой мощности пласта более 3,0 м должна составлять не менее 400 кН/м2. При формировании расчётных схем, таким образом, следует учесть на протяжении призабойного пространства лав (~ 5 м) и обусловливаемый мехкрепью отпор, составляющий ~0,4 МПа.
Нами была выполнена предварительная оценка влияния на НДС исследуемой области МГП неконсолидированного закладочного материала, показавшая практическое соответствие полей ор и sр, как при отсутствии, так и при наличии в ВП закладки указанного типа. В дальнейшем расчётные схемы предусматривают заполнение выработанного пространства материалом со свойствами «консолидированной» каменносолевой горной массы.
Аналогичная оценочная информация была предварительно получена и в части влияния на НДС пород кровли механизированной крепи с упомянутыми выше характеристиками, находящейся в призабойном пространстве лав (на протяжении ~ 5 м). Какого-либо существенного влияния на напряжённодеформированное состояние налегающей толщи пород установлено не было, но указанный участок в рассматриваемых ниже схемах был учтён. Изучение механического состояния элементов (характерных участков) массива горных пород показало следующее.
Способ управления состоянием массива полным обрушением (УСМПО) при вынимаемой мощности пласта 4,5 м в целом обуславливает в породах непосредственной и основной кровли достаточно сопоставимые величины напряжений и деформаций. Возникающее в породах напряжённо-деформированное состояние
приводит к развитию приблизительно одинаковых зон потенциального расслоения и растрескивания (вкрест напластования) пород кровли. Впереди движущегося забоя происходит формирование в пределах основной кровли ослабленных зон, создающих предпосылки возможного последующего обрушения пород вплоть до возникновения динамических его вариантов. Последнее, при необходимости, может потребовать применения сопоставимых (по типу, параметрам и др.) специальных мер управления породами основной кровли (ОК) в пределах отрабатываемой панели (например, обеспечение шага генеральной посадки пород до -40 м и др.) [3,
5].
Установленная «схожесть» процессов деформирования пород кровли не отвечает таковому при рассмотрении мехсостояния пород впереди очистных забоев при различных вынимаемых мощностях. Оценочно, зоны развития активного отжима (sx > 0) впереди забоя пропорциональны извлекаемым мощностям по Третьему пласту. При применении однотипного выемочного оборудования, в отмеченных условиях, при большей вынимаемой мощности следует ожидать меньшей энергоёмкости разрушения призабойной части пласта.
Выполненный анализ НДС пород при применении вариантов симметрично располагаемой в выработанном пространстве закладки показал недостаточность её влияния на мехсостояние массива. Этот вывод касается как заполнения ВП «консолидированным» [4] закладочным материалом, так и «обычной» горной массой.
Целесообразность выемки на полную мощность всегда, как отмечалось ранее [4, 6], будет обеспечена при выемке тех участков пласта, на которых в связи со сложными горно-геологическими условиями (большие глубины, неустойчивые вмещающие породы и др.) не извлекается IV сильвинитовый слой. Его извлечение (при тв = 4,5 м) обеспечивает дополнительную прибыль за счёт погашения балансовых запасов, сравнительно с технологией валовой выемки слоёв II, II-III, III, но с учётом, естественно, затрат на закладку ВП.
К тому же наличие в ВП закладочного массива, уменьшающее конечные оседания земной поверхности минимально на - 50 %, существенно снижает остроту экологических проблем на горном отводе рудника, позволяет «растянуть» во времени деформирование налегающей толщи пород и снизить вероятность возникновения динамических форм изменения НДС в составляющем её комплексе пород.
В части принятия параметров рассматриваемой технологии, например, предпочтительной длины лавы, принимаемой для опытных работ, следует остановиться (что вытекает из результатов всего комплекса настоящих исследований) на её длине -150 м.
Однако при размещении полос закладочного материала перпендикулярно к забою лавы, происходит увеличение шага обрушения основной кровли за счет её опоры на эти полосы. Это может привести к разрушению забойной крепи под действием массы блока пород основной кровли. Нами была предложена новая схема размещения закладочного материала полосами, параллельными забою, с шагом, равным установившемуся шагу обрушения основной кровли лавы при равномерном движении. Благодаря этому происходит разлом блоков основной кровли с этим шагом, что существенно увеличивает безопасность горных работ [7].
При проектировании испытаний новой технологии целесообразно, по-видимому, в качестве составной её части предусмотреть применение одного из вариантов закладки ВП («симметричных» типов) при любом из исследованных видов закладочного массива («консолидированного», «обычного»).
Выбор последних, как очевидно, будет предопределять технико-экономические аспекты проекта.
Литература
1. Кирильченко Т. Е., Головатый И. И. Перспектива выемки Третьего калийного пласта Старобинского месторождения на полную мощность. // Полезные ископаемые России и их освоение: Тезисы докладов ежегодной научной конференции молодых учёных, СПбГГИ, 1998, с. 200.
2. Кирильченко Т. Е., Амоа Джон. Селективная выемка как средство снижения негативного влияния ПО «Беларуськалий» на природную среду. // Полезные ископаемые России и их освоение: Тезисы докладов ежегодной научной конференции молодых учёных, СПбГГИ, 1997, с. 175.
3. Нормативные и методические документы по ведению горных работ на Старобинском месторождении калийных солей. / Белхимнефтепром. Солигорск-Минск, 1995, 214 с.
4. Техническая справка (промежуточный отчёт) по договору № 748 (1998); этап 4 «Выполнить расчёты НДС массива для разработанных технологических схем селективной выемки Третьего пласта на полную мощность в конкретных горно-геологических условиях выбранного участка шахтного поля 4РУ», Санкт-Петербург, 1999.
5. Пермяков Р. С., Ковалёв О. В., Пинский В. Л. и др. Справочник по разработке соляных месторождений. / Недра. М. 1986. 192 с.
6. Кирильченко Т. Е. Разработка принципиальных технологических схем селективной выемки Третьего калийного пласта на полную мощность. // Сборник трудов молодых учёных СПГГИ, Выпуск 5, С-Пб, 1999, с. 64.
7.
Способ управления труднообрушаемой кровлей, Сиренко Ю. Г., Ковалев О. В., Головатый И. И., КирильченкоТ. Е., Головатая О. И., Чужов В. Н. Патент на изобретение RU № 2177546 С1 7
Е21С41/1827.12.2001 Бюл. № 36.
