Совершенствование разработки соляных месторождений

Совершенствование разработки соляных месторождений. Пермь, 1990

УДК 622.831

А.С.КИРИЧЕНКО, Ю.Г.СИРЕНКО (Ленинградский горный институт)

УСАДКА СОЛЯНОЙ ПОРОДЫ ВЫБРОСООПАСНЫХ КАЛИЙНЫХ ПЛАСТОВ ПРИ РАСТВОРЕНИИ - ИНДИКАТОР НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА

Предложен новый способ оценки НДС соля­ ного массива по усадке соляной породы при растворении. При этом одновременно проводится прогноз выбросоопасности участков калийного пласта, получается информация о постседиментационных и техногенных воздействиях на объект исследования.

Напряженно-деформированное состояние пород, наряду с газоди­ намическими характеристиками, является важнейшим показателем их выбросоопасности. С этих позиций метод определения НДС должен быть физически обоснованным, простым, технологичным и точным.

В настоящее время для оценки НДС на калийных шахтах широко используются метод разгрузки /1,5/ и ультразвуковой /4/. Надеж­ ность этих методов зависит от упругих свойств пород: чем выше уп­ ругость пород или углей, тем надежнее результат.

Породы соляного массива чаще всего относятся к вязкоупругим средам с ядром ползучести, описываемым экспоненциальной функци­ ей /2/, что, естественно, вносит в исследуемую характеристику нелинейную погрешность. Наряду с этим, осуществление перечислен­ ных методов достаточно трудоемко, поскольку они требуют особых условий при ведении горных работ и сравнительно дорогого обору­ дования.

В основу предложенного нами метода исследования НДС соляных пород положено определение фундаментальных свойств: растворимо­ сти и усадки. Как известно, при растворении солей происходит от­ носительное сжатие раствора или усадка соляного компонента. Это значит, что объем раствора численно меньше объема исходных компо­ нентов. Наиболее распространенной гипотезой, объясняющей механизм сжимаемости, или сольватации ионов, является гипотеза проникнове­

ния ионов солей'в межмолекулярные пустоты растворителя, например воды. При этом сжатие соляных пород происходит в основном за счет сжатия растворяемого компонента. Так как усадка зависит от плот­ ности соли в кристалле, то она может нести информацию о напряже­ ниях в массиве горных соляных пород.

Исследования усадки соляных пород Старобинского и Верхнекам­ ского месторождений показали, что её величина зависит от плотно­ сти соляного компонента в кристалле /3/, которая, в свою очередь, как и напряженность породы, зависит от глубины залегания. На ос­ новании закона Гука установлена зависимость между плотностью со­ ляного компонента породы и её напряженностью:

£- модуль упругости породы, Н/м2 ;

К- коэффициент концентрации напряжений.

Плотность соляного компонента, в свою очередь, связана с усадкой изменением коэффициента объемной усадки

Поскольку при растворении соляной породы наблюдается усадка, ка­ жущаяся плотность соляного компонента всегда больше той же плот­ ности в кристалле. Для измерения усадки разработан специальный прибор, который позволяет быстро растворять образец породы и из­ мерять объем усадки /2/.

Опробование метода проводилось при исследовании НДС пород Третьего выбросоопасного калийного пласта на рудниках ПО "Вело­ рускалий" Старобинского месторождения. Для этого сравнивались объемы усадки проб пород Третьего калийного пласта, взятых с различных глубин. Опыты производились при постоянной массе пробы породы и растворителя, при определенной начальной температуре на специально разработанном объемомере.

пеостатис/пщ/еокое ffaS/testue, МЛа

Рис. Заистоимость объемной усадки соляного компонента ]породы от глубины залегания пласта

В результате проведенных опытов выявлена зависимость объемной усадки соляного компонента породы от глубины залегания пласта (ри­ сунок). Таким образом доказана зависимость между усадкой соляного компонента при растворении, его плотностью в кристалле и его НДС.

Однако эта зависимость получена для малой выборки результатов усадки, поэтому она недостаточно надежна для пород всего месторож­ дения и нуждается в дальнейшей проверке. Полученные результаты проверялись косвенным методом по усадке соляных пород заранее из­ вестной плотности.

Библиографический список

1.Галаев Н.З., Рыженьков А.М. Оценка напряженного состояния крутопадающих калийных залежей в зависимости от глубины их залега­ ния и состояния отработки// Технология и безопасность горных работ

вкалийных рудниках/ Перм.политехи.ин-т. Пермь, 1985. С. 39-46.

2.Зильбершмидт В.Г. и др. Технология подземной разработки калийных руд. М.: Недра, 1977. С. 175-180.

Совершенствование разработки соляных месторождений. Пермь, 1990

3. Кириченко А.С. Исследование усадки соляных пород при раст­ ворении// Разработка соляных месторождений/ Перм.политехи.йн-т. Пермь, 1983. С. 148-152.

4.Николаев Ю.Н., 1убанов В.А., Ясюкевич А.Г. Результаты ис­ следования напряженно-деформированного состояния приконтурного массива выработок, охраняемых компенсационными щелями// Контроль, прогнозирование и управление состоянием пород в калийных рудни­ ках/ ЛГИ. Л., 1985. С. II-17.

5.Техника экспериментального определения напряжений в оса­

дочных породах/ Под ред. Е.И.Шемякина. Новосибирск: Наука, 1975. 150 с.

Получено 20.10.89

УДК 622.6:656.222.4

Е.П.БЕРЕЗИН (Карагандинский политехнический институт), С.И.БОГОДУХОВ (ПО "Уралкалий")

ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРИЗАБОЙНЫХ ВЫЕМОЧНО-ТРАНСПОРТНЫХ КОМПЛЕКСОВ ПРИ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ОЦЕНКЕ ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ

Представлены результаты вычислительного эксперимента в виде функций коэффициен­ тов пропускных способностей бункеровперегружателей и шахтных самоходных ва­ гонов, применяемых в калийных рудниках. Получена функциональная модель оценки показателя технического уровня на осно­ ве использования функций коэффициентов пропускных способностей.

Система имитационного моделирования процессов функционирова­ ния выемочно-транспортных горных машин /2/ при испытаниях на ЭВМ позволяет получать зависимости динамических характеристик техно­ логических процессов преобразования грузопотоков калийных руд.

Для призабойного комплекса в составе комбайна "Урал-IОКС" ("Урал-20КС”), шахтного самоходного вагона (11ЮВ) 5BC-I5 (5BC-I5M)

-коэффициент готовности ШСВ;

<3 - коэффициент использования грузоподъемности. Используя полученные зависимости и функциональную модель

оценки технического уровня комплекса /I/, запишем показатель тех­ нического уровня в виде

0 * т у п *1.

Для получения аналитического решения уравнения (3) разложим

Следовательно, с допустимой степенью точности выражение (3 ) запишется так:

(7)

6+CJ)

Таким образом, на основании функциональной модели с исполь­ зованием зависимостей, полученных в вычислительном эксперименте на ЭВМ имитационной моделирующей системы "Синтранс", можно опре­ делить численные значения оценки технического уровня в любом диа­ пазоне изменения параметров машин и динамики их взаимодействия.

Для оптимизации параметров по уровню критерия или целевой функции целесообразно перейти к модели оценки технического уровня как функции одной переменной - сменного комбайнового грузопотока. Для этого выражение J) в функции коэффициента пропускной способ­ ности (2) ШСВ запишем в виде

ределить рациональный и оптимальный показатели технического уровня

= (5...6 ,5) т/мин достигает своего максимума. В то же время резкое повышение пропускной способности за счет применения двух ШСВ типа

Совершенствование разработки соляных месторождений. Пермь, 1990

Следовательно, полученная модель, интегрирующая оценку техническо­ го уровня и динамику взаимодействия в системе имитационного моде­ лирования призабойного выемочно-транспортного комплекса, позволя­ ет получать оптимальные параметры машин при заданном техническом уровне и прогнозировать качество технологии выемки калийных руд при интенсификации процессов горных работ.

Библиографический список

1.Богодухов С.И., Березин Е.П. функциональная модель оценки технического уровня призабойных комплексов// Рациональные средст­ ва и системы механизации калийных рудников/ БНИИГ. Л., 1984.

С.102-104.

2.Степанов П.Б. Основы функционально-структурного анализа и

3. Степанов П.Б. и др. Методика аналитического расчета произ­ водительности, надежности и пропускной способности системы выемоч­ ных и транспортных машин калийных рудников// Вопросы комплексного освоения недр и совершенствование технологии горных работ на пред­ приятиях Западного Урала/*Перм.политехи.ин-т. Пермь, 1983. С. 8-9.

Получено 20.10.89

УДК 622.363.2:622.833.5

А.Г.ОЛОВЯННЫЙ (БНИИГ), А.М.РЫЖЕНЬКОВ (Ленинградский горный институт)

РЕЗУЛЬТАТЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ КРУТОПАДАЩИХ КАЛИЙНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ ПРИКАРПАТЬЯ

Методом разгрузки установлено, что ко­ эффициент бокового распора массивов руды крутопадакщих калийных залежей Прикарпатья возрастает с увеличением глубины залегания рудного тела, стре­ мясь к единице. Выражения, полученные для описания этой зависимости, можно

использовать при оценочных расчетах напряжений в несущих элементах про­ ектируемых систем разработки.

В настоящее время широко распространено мнение, что напряжен­ ное состояние пород на соляных месторождениях близко к гидростати­ ческому. Такое представление основано на предположении склонности соляных пород к неограниченной текучести /1,3/. Вместе с тем ре­ зультаты определения напряжений в массивах калийной руды Стебниковского месторождения, являющегося одним из наиболее Характерных представителей Прикарпатского калиеносного бассейна /6/, свиде­ тельствуют о том, что напряженное состояние его рудных тел до глу­ бины 380 м существенно отличается от гидростатического.

Рудные тела данного месторождения представляют собой круто­ падающие (средний угол падения 60-80°) залежи лангбейнитовых, лангбейнито-каинитовых и каинитовых пород мощностью от несколь­ ких метров до 160-170 м. Вмещающие породы сложены соленосными пес­ чано-глинистыми брекчиями с прослоями засоленных алевролитов и глинистой каменной соли. Коэффициент крепости руды 4-5, пород 1-3 по шкале проф. М.М.Протодьяконова. Месторождение отрабатывается камерной системой с оставлением водозащитной потолочины мощностью не менее 50 м и прочных междукамерных и междуэтажных целиков. Очистные работы ведутся на глубине 260-380 м.

Поскольку руды Стебниковского месторождения в значительной мере обладают упругими свойствами /2/, исследования напряженного состояния её массивов выполнялись методом разгрузки по схеме Ш И Ш /4/. При этом напряжения определялись в средних по мощно­

сти частях залежей на различной глубине от поверхности. Получен­ ные результаты приведены в таблице.

Несмотря на то, что определение напряжений производилось в

вкрест простирания с незначительным отклонением от горизонтальной плоскости. Во всех случаях, кроме одного (при глубине 190 м),

*7 @2 , что свидетельствует о различной величине бокового

распора в направлении простирания и вкрест простирания залежей.

Таблица

Результаты определения напряжений в массивах калийных залежей

Интервалы значений коэффициента бокового распора при различ­ ной глубине его определения в виде вертикальных отрезков представ­ лены на рисунке. По границам этих интервалов построены графичес­ кие зависимости коэффициента бокового распора от глубины залегания исходя из гипотезы о способности массива пород сопротивляться сдвигающим напряжениям даже за время геологических эпох.

Рассматривая величину максимальных касательных напряжений, ко торые могут сохраняться в породах в течение длительного периода времени как длительный предел текучести пород, и учитывая различие бокового распора в направлении простиралия и вкрест простирания рудного тела, вполне правомерно считать, что и длительный предел текучести различен в этих направлениях.

Связь между напряжениями, действующими в горизонтальной пло­ скости вдоль и поперек рудного тела, имеет вид