Машины и оборудование для механизации горных работ в калийных рудника

индекс Bzk – буровая заверочная китайская). С учетом результатов этого бурения был проведен оперативный подсчет запасов в пределах узбекской части месторождения. Запасы приняты НТС Госкомгеологии Республики Узбекистан.

При подсчете запасов сильвинитовых руд Тюбегатанского месторождения использовались кондиции, утвержденные ГКЗ СССР

в1966 году; ими предусматриваются следующие параметры:

–минимальное промышленное содержание КС1 в подсчетном блоке – 27 %;

–бортовое содержание КС1 в пробе и по пересечению пласта скважиной – 16 %;

–содержание MgCl2: в подсчетном блоке – не более 1 %;

по пересечению пласта скважиной – не более 5 %;

–содержание н.о.: в подсчетном блоке – не более 3 %;

вотдельной пробе – не более 10 %;

–минимальная мощность продуктивного пласта, включаемая

вподсчет запасов, – 1,5 м;

–максимальная мощность прослоев пустых пород и некондиционных руд, включаемых в подсчет запасов, – 3 м.

Используя эти кондиции, в 2007 году пересчитали и утвердили запасы сильвинита в пределах узбекской части месторождения. Запасы калийных руд узбекской части Тюбегатанского месторождения по

категориям В+С1 составляют порядка 198,127 млн т; по категории С2 – 49,477 млн т при среднем содержании KCl 36 %.

Участок первоочередной отработки месторождения площадью около 3,8 км2 представляет собой неправильный многоугольник (рис. 1.2), вытянутый в северном направлении от скв. Bzk-7 на 3 км при ширине до 1,8 км. Запасов сильвинитов на участке достаточно для обеспечения функционирования ДЗКУ (при его проектной мощности) в течение 25 лет.

Рабочая часть пласта Нижний II в пределах участка залегает на глубинах 117–807 м и имеет следующие характеристики: мощность – 1,55–8,65 м (средняя – 4,34 м), содержание КС1 – 25,08– 41,33 % (среднее – 33,55 %), содержание н.о. – 0,81–4,01 % (среднее –

2,45 %). Содержание КС1 в породах кровли и почвы колеблется от следов до 18,36 % (среднее – 7,14 %), а содержание н.о. на большей части участка – 0,22–13,23 % (среднее – 3,08 %). На четверти пло-

11

Рис. 1.2. Контуры Тюбегатанского месторождения

12

щади участка содержание н.о. во вмещающих породах может дости-

гать 20–60 %.

Водозащитная толща мощностью 104–130 м (средняя – 123 м) представлена квазиоднородной по физико-механическим свойствам пачкой каменной соли.

Результаты анализа фактического материала свидетельствуют, что весь надсолевой комплекс пород (за исключением зоны аэрации мощностью не более 100 м на участках крутых склонов и обрывов) насыщен подземными водами, а промышленный пласт, вероятнее всего, осложнен серией разрывных нарушений надвигового типа, в результате чего пласт приобрел «чешуйчатую» структуру.

При выборе места заложения устья наклонных стволов рудника ДЗКУ учитывались следующие условия:

–отсутствие разрывных нарушений на участке строительства стволов;

–обеспечение перспективы развития горных работ как на югозапад, так и на северо-восток;

–наименьший объем горнопроходческих работ в четвертичных отложениях;

–при строительстве стволов возможно применение буровзрывных работ, следовательно, в 500-метровой защитно-санитарной зоне не должно быть населенных пунктов;

–отсутствие организационных трудностей, вызванных близостью государственной границы.

С учетом этих условий было установлено, что наиболее подходящим местом заложения устьев наклонных стволов для вскрытия запасов Тюбегатанского месторождения является точка, находящаяся

уподножья правого борта долины Туяшсай в районе скв. 55.

Глубина залегания кровли солей – 18 м.

Поверхность соляной толщи в районе устьев стволов круто наклонена в юго-восточном направлении. Вблизи контура распространения соляной толщи в каменной соли имеют место карстовые полости, заполненные рыхлыми отложениями (глины, супесь, галька, глыбы).

13

1.3. Физико-механические свойства калийных пород

Основными операциями при добыче руды или при проведении горных выработок являются разрушение горной породы, ее отделение от массива и транспортирование из забоя.

Эффективность горных работ зависит, с одной стороны, от трудоемкости разрушения породы, ее физико-механических свойств, а с другой стороны, от выбранного метода разрушения, совершенства технических средств и организации работ в забое и на руднике.

Горные породы характеризуются большим разнообразием физических и механических свойств, влияющих на эффективность процесса их разрушения, погрузки, транспортировки и других операций при добыче руды.

К основным физическим свойствам горных пород относят: плотность, пористость, влагоемкость, теплопроводность, проводимость звука, электропроводность и др.

Из механических свойств наибольшее влияние на эффективность работы горных машин оказывают прочность, твердость, крепость, упругость, пластичность, абразивность.

Прочность породы – свойство воспринимать силовые воздействия, не разрушаясь, оценивается по временному сопротивлению одноосному сжатию σсж, растяжению σр, и сдвигу σсдв.

Упругость – свойство пород восстанавливать свою первоначальную форму и объем после прекращения действия на них внешних сил. Свойство характеризуется модулем упругости и коэффициентом Пуассона.

Пластичность – свойство пород сохранять остаточную деформацию после прекращения действия внешних сил.

Твердость характеризует способность породы оказывать сопротивление проникновению в нее твердого тела.

Для оценки разрушения горных пород различным породоразрушающим инструментом, которым оснащаются рабочие органы горных машин, используют показатель контактной прочности породы. По величине контактной прочности все породы подразделяют на шесть категорий, от слабых (до 400 МПа) до крепчайших (более 4500 МПа).

Абразивность – свойство горной породы изнашивать породоразрушающий инструмент и другие контактирующие с ней детали гор-

14

ной машины в процессе ее работы. Шкала абразивности горных пород предусматривает разделение их на восемь классов, от весьма малоабразивных (а < 5 мг) до в высшей степени абразивных (а > 90 мг).

Из других количественных оценок следует обратить внимание на показатель буримости, характеризующий сопротивление горной породы разрушению в процессе бурения.

Классификация горных пород по добываемости (крепости).

В двадцатых годах ХХ столетия в России и Советском Союзе получила широкое применение классификация пород по шкале М.М. Протодьяконова, по которой породы оценивались по трудоемкости их добывания (разрушения) и устойчивости при поддержании горных выработок.

Изучение физико-механических свойств пород Тюбегатанского месторождения проводилось при геологоразведочных работах 1959– 1965 годов. Объем физико-механических испытаний явно недостаточен: из 174 образцов 160 исследовались только на плотность каменной соли и сильвинитов (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Некоторые физико-механические свойства пород Тюбегатанского месторождения

В 2010 году, после вскрытия промышленного пласта горными выработками ООО «ЗУМК-Инжиниринг» и ОАО «Галургия», были продолжены испытания пород для определения физико-механических характеристик (табл. 1.2).

15

Таблица 1.2

Рекомендуемые значения предела прочности при сжатии горных пород

Для сравнения в табл. 1.3 приведены средние значения предела прочности при сжатии соляных пород промышленных пластов Верхнекамского месторождения.

Из анализа данных, приведенных в табл. 1.2 и 1.3, наиболее близким по прочностным свойствам к пласту Нижний II являются пласты КрIII, КрII, КрI Верхнекамского месторождения.

16

Таблица 1.3

Средние значения предела прочности при сжатии горных пород Верхнекамского месторождения

Сравнительно невысокая крепость, весьма малая абразивность

ихорошая буримость солевых пород создают хорошие возможности для использования при их разработке как буровзрывных методов, так

имеханических способов разрушения массива с помощью комбайнов. При механических способах разрушение массива осуществляется

за счет воздействия на горную породу породоразрушающего инструмента, к которому с помощью приводов через специальные устройства подводятся внешние нагрузки, характеризующиеся определенными силовыми и скоростными параметрами.

В связи с тем, что калийные руды имеют сравнительно невысокую крепость и весьма малую абразивность, подавляющая часть горных машин оснащается породоразрушающим инструментом режущего типа. К этому инструменту относятся буровые коронки (резцы) для буровых машин вращательного действия и стержневые радиальные или тангенциальные резцы исполнительных органов комбайнов.

Многолетний опыт эксплуатации комбайнов показывает, что эффективность их работы в значительной степени зависит от правильного выбора типа породоразрушающего инструмента и его качества. Современный рабочий инструмент горных машин должен обладать высокой износостойкостью для сохранения режущих элементов без затупления в течение длительного времени, а также допускать восстановление их после затупления путем многократных заточек.

17

2. ТЕХНОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

2.1. Подготовка шахтных полей

Подготовка – это один из основных этапов разработки запасов шахтного поля, который заключается в проведении комплекса транспортных и вентиляционных выработок, обеспечивающих возможность ведения очистных работ.

Выбор способа подготовки зависит от сочетания природных (гор- но-геологических), технических и экономических факторов. Классификация подготовки калийных месторождений определяется тремя основными признаками, представленными ниже.

Классификация способов подготовки шахтных полей:

Под индивидуальным понимается способ подготовки, при котором каждый пласт обслуживается обособленной системой подготовительных выработок (рис. 2.1, а). При групповом способе подготовки основными подготовительными выработками обслуживается несколько пластов (рис. 2.1, б, в).

При пластовом (рудном) способе подготовки основные выработки проводятся по пласту (см. рис. 2.1, а, б), при полевом – по подстилающим породам (см. рис. 2.1, в).

Индивидуальный пластовый способ предусматривает независимую подготовку каждого пласта выработками, пройденными по руде. Индивидуальный полевой способ предусматривает независимую подготовку каждого пласта полевыми выработками. Групповой пластовый способ предусматривает обслуживание верхнего пласта основ-

18

ными выработками, проведенными по нижнему пласту. Групповой полевой способ предусматривает обслуживание нескольких пластов основными выработками, проведенными по подстилающей каменной соли.

а

б

в

Рис. 2.1. Способы подготовки пластов: а – индивидуальный пластовый; б – групповой; в – комбинированный

Групповая подготовка пластов экономически целесообразна при небольшом расстоянии между пластами, когда длины соединительных выработок (ходков, гезенков, рудоспусков) невелики, а сближенность пластов требует синхронизации их отработки.

Пластовая подготовка применяется при незначительной складчатости пластов и практически горизонтальном их залегании. В подобных условиях основные пластовые выработки проводятся, как правило, комбайнами и могут быть оборудованы любым видом транспорта. Однако невозможность бункеризации руды делает более предпочтительным конвейерный транспорт.

19

Полевая подготовка более целесообразна при значительной складчатости и неспокойном залегании пластов, поскольку магистральный транспорт по пластовым выработкам в таких условиях затруднен или практически невозможен. При полевой подготовке соединительные выработки (гезенки) выполняют роль аккумулирующих емкостей. Так как эти выработки находятся вне зоны влияния очистных работ, то полевая подготовка эффективно сочетается с прямым порядком отработки шахтных полей.

Этажный, панельный и панельно-блоковый способы подготовки могут применяться в любом сочетании со способами подготовки, классифицируемыми по признакам А и Б (см. табл. 2.1).

Этажный способ подготовки предусматривает разделение пласта или группы пластов на этажи, вскрываемые и разрабатываемые в нисходящем порядке. Этот способ применяется при наклонном и крутом падении калийных залежей.

Панельный и панельно-блоковый способы подготовки предусматривают разделение пластов на панели и выемочные блоки. Эти способы применяются при горизонтальном и пологом залегании пластов.

2.1.1. Панельный способ подготовки

Принципиальная схема панельного способа при расположении основных выработок в подстилающих породах, представленных каменной солью, приведена на рис. 2.2.

От главных транспортных (откаточных) штреков 1 проводятся панельные транспортные (откаточные) штреки 2. Эти выработки образуют магистральную транспортную сеть рудника и служат для подачи свежей струи на горные участки. Над панельными транспортными штреками по пласту сильвинита проводятся панельные выемочные штреки 3, которые соединяются с транспортными штреками гезенками 4. Панельные транспортный и выемочный штреки располагаются посередине панели и делят ее на два равных крыла. Границами панели по ее ширине служат пластовые панельные вентиляционные штреки 5, по которым исходящая струя выходит на главный вентиляционный штрек 6, проводимый также по пласту. Запасы пласта между панельными выемочными и вентиляционным штреками отрабатываются камерами 7.

20